Utjecaj sadržaja vlage na performanse baterije

Postoje mnogi čimbenici koji utječu na performanse litij baterija, kao što su vrsta materijala, gustoća zbijanja pozitivne i negativne elektrode, vlaga, premaz površinske gustoće, i količina elektrolita. Među njima, vlaga ima vitalan utjecaj na performanse litij-ionih baterija. Vlaga je ključni faktor koji treba strogo kontrolirati tijekom proizvodnog procesa litij-ionih baterija. Prekomjerna vlaga ne samo da može uzrokovati raspadanje litijevih soli u elektrolitu, i uzrokovati oštećenje pozitivnih i negativnih materijala, Trenutni kolekcionar ima određeni korozivni i destruktivni učinak, a također dovodi do smanjenja performansi ciklusa i sigurnosnih performansi baterije. Međutim, količine vlage u tragovima imaju važan značaj. U nastavku je opisan utjecaj vlage na performanse litij baterija.

1. Nedostaci prekomjerne vlage

U proizvodnom procesu baterije ternarnog/grafitnog sustava, priprema pozitivne elektrode gnojnica općenito koristi sustav raspršivanja na bazi ulja, koristeći PVDF kao vezalo i NMP kao otapalo. Kada PVDF naiđe na prekomjernu vlagu, formirat će želatinozno tvar, što rezultira lošom fluidnošću i nivelirajućim gnojilom, što ne pomaže premazivanja gnoja. Stoga, pri pripremi gnoja, pažnja mora biti posvećena sadržaju vlage sirovina, radnom okruženju, te uvođenju vlage tijekom rada osoblja.

Osim što ima ogroman utjecaj na pripremu litij baterijskog gnoja, prekomjerna vlaga će uzrokovati raspadanje elektrolita. Odgovor je sljedeći:

Fluorovodična kiselina je posebno korozivna kiselina, koja može uzrokovati ozbiljna oštećenja pozitivnih i negativnih elektrodnih materijala i strujnih kolektora litij baterija, i na kraju dovesti do problema sigurnosti baterije.

2. Značenje vode u tragovima

Međutim, nije da je manje vode bolje u litij baterijama. Kao što svi znamo, čvrsti elektrolit sučelje (obično poznat kao SEI membrana) je selektivna propusna membrana koja omogućuje Li+ slobodno prolaziti, ali molekule elektrolita ne mogu proći. Sastav elektrolita i aditiva u tragovima značajno utječu na potencijal formacije SEI filma, stupanj kompaktnosti, nepovratni gubitak kapaciteta baterije i unutarnji otpor baterije. Voda, kao komponenta u tragovima u elektrolitu, ima određeni utjecaj na formiranje SEI filma i performansi baterija litij-iona baterija.

Treće, utjecaj vlage na performanse litij baterija

U različitim materijalnim sustavima sadržaj vlage ima velik utjecaj na performanse baterije. Međutim, ono što ostaje nepromijenjeno je da vlaga utječe na kapacitet prvog punjenja i pražnjenje, unutarnji otpor, trajanje ciklusa baterije i volumen baterije litija. Uzmite litij-kobalt oksid/grafitnu bateriju sustava kao primjer.

1. Utjecaj na kapacitet prvog punjenja i pražnjenje

Vlaga je povezana s stvaranjem SEI u litij baterijama i neizbježno će utjecati na prvi nepovratni gubitak kapaciteta litij baterija. Kao što je prikazano na slici 1::

Slika 1. Utjecaj sadržaja vlage na napunjenost baterije i kapacitet pražnjenja

Kada je vlaga u bateriji manja od 0,015%, prvi kapacitet pražnjenja baterije zadovoljava nacionalni standard i promjena je mala; kada je vlaga baterije u rasponu od 0,015% do 0,04%, prvi kapacitet pražnjenja baterije se smanjuje s povećanjem vlage u bateriji. Kada je sadržaj vlage u bateriji manji od 0,015%, dominiraju sljedeće reakcije.

Litijev alkil karbonat generiran procesom redukcije jednoelektrona može reagirati i s vodom u tragovima u elektrolitu kako bi se generirao litijev karbonat.

2ROCO2 Li+H2O →Li2CO3 +CO2 +2ROH

Kada se co2 generira, na negativnoj elektrodnoj površini nastaje nova kemijska reakcija pri niskom potencijalu:

2CO2+2Li+ +2e →Li2CO3 +CO

Može se vidjeti da će odgovarajuća količina vode pomoći u formiranju stabilnog, ujednačenog i gustog SEI filma kojim dominira Li2CO3. Kada SEI film u potpunosti pokriva negativnu elektrodu, nepovratna reakcija odmah prestaje.

Kada je sadržaj vlage u rasponu od 0,0150% do 0,04%, potrošnja litijevih iona se povećava, a kapacitet punjenja i pražnjenje baterije se smanjuje, što negativno utječe na njega.

2. Utjecaj na unutarnji otpor baterije

Unutarnji otpor baterije jedan je od najvažnijih karakterističnih parametara baterije. Važan je parametar koji karakterizira trajanje ciklusa i radni status baterije, te je glavni pokazatelj poteškoća u prijevozu iona i elektrona u bateriji. Na unutarnji otpor uglavnom utječu čimbenici kao što su materijali za baterije, procesi proizvodnje i struktura baterije. Što je unutrašnji otpor manji, to je napon zauzet kada se baterija pražnja, i to više energije može izlaziti. Za baterije pohranjene za dugo vremena, unutarnji otpor će se povećati s povećanjem vremena skladištenja, a performanse baterije će uvelike utjecati kada unutarnji otpor premašuje određenu vrijednost. Budući da sadržaj vlage utječe na kvalitetu SEI filma u litij bateriji, uvod utječe na unutarnji otpor baterije.

U ec/DMC/EMC elektrolitnom sustavu otapala, količina vode u tragovima može formirati Li2CO3-based, stabilni, jednolični i gusti SEI film s niskom unutrašnjom otpornosti. Kada je sadržaj vlage više od potrebnog sadržaja sustava za formiranje SE I filma, POF3 i LiF padaju na površini SEI filma, što rezultira povećanjem unutarnje otpornosti baterije. kao što je prikazano na slici 2:

Slika 2. Utjecaj sadržaja vlage na unutarnji otpor baterije

3. Utjecaj na degradaciju kapaciteta baterije

Sadržaj vlage utječe na svojstva sei filma baterije, kao što su ujednačenost i kompaktnost. Kada je SE I film jednoličan i gust, elektrolit otapal nije lako biti ugrađen u negativnu elektrodu, zauzimajući Li+ upražnjeno mjesto za umetanje, tako da je malo degradacije kapaciteta. Naprotiv, kada dio SEI filma nije gusta ni jednolična, relativno je lako da li+ slobodna mjesta za umetanje zausede elektrolitnim otapalom. Li2CO3 je najvažnija komponenta za formiranje uniforme i gusta SEI film. U EC /DMC /EMC elektrolit otapala sustav, odgovarajuća količina vode može promovirati formiranje SEI filma na temelju Li2CO3. Kada je sadržaj vlage dovoljan ili pretjeran, SEI je formirao Gušće i ujednačeno film, to je manja vjerojatnost ugrađivanja otapala u anodu ugljika. To je razlog zašto se pojačavanje kapaciteta baterije postupno smanjuje s povećanjem sadržaja vlage kada je vlaga u rasponu od 0,015% do 0,04%. Kada je sadržaj vlage manji od 0,015%, na površini negativne elektrode formira se gušći SEI film za održavanje ugrađivanja otapala u ravnotežnom stanju. Stoga se propadanje kapaciteta baterije održava u relativno stabilnom stanju.

Slika 3. Utjecaj sadržaja vlage na brzinu propadanja kapaciteta baterije

4. Utjecaj na debljinu baterije

Slika 4. Utjecaj sadržaja vlage na debljinu baterije

Može se vidjeti iz figure da kako se povećava sadržaj vlage, povećava se i debljina baterije. Kada je sadržaj vlage posljedica CO2, CO i drugih plinova generiranih tijekom stvaranja SEI filma. A kada je voda pretjerana, višak vode će nastaviti reagirati s LiPF6 za proizvodnju HF plina. Unutarnja proizvodnja plina baterije povezana je s sigurnošću baterije. Kako bi se izbjegli ozbiljni problemi s nadutostima u bateriji, voda unutar baterije mora biti strogo kontrolirana.

Reference:

[1] Do ron Aurbach, Yair E in-El.i J E lectrochem Soc[ J], 1995, 142(6):1746

[2] HUANG Feng(黄丠), ZHOU Yun-Hong(运鸿 ). Ba ttery B imonthly(Baterija)[ J], 2001, 31(6):290

[3] Zhang Hailin, He Xiangyun, Li Yan, et al. Utjecaj vlage elektroda na performanse litij-ionih baterija[J]. Industrija baterija, 2013., 18(1 /2): 44-46.