Miksi pussisolut turpoavat?

On monia syitä, miksi pus{0}}tyyppiset litium--ioniakut turpoavat. Kokeellisen T&K-kokemuksen perusteella turvotuksen syyt voidaan luokitella kolmeen tyyppiin: ensinnäkin paksuuden kasvu, joka johtuu akun elektrodilevyjen laajenemisesta pyöräilyn aikana; toiseksi elektrolyytin oksidatiivisesta hajoamisesta johtuvan kaasun muodostuksen aiheuttama turvotus; ja kolmanneksi valmistusvirheiden aiheuttama turvotus, kuten kosteuden sisäänpääsy huonosta tiivistämisestä tai kennokulmien vaurioista.

Akun paksuuden muutoksia aiheuttavat hallitsevat tekijät vaihtelevat eri akkukemioiden mukaan. Esimerkiksi litiumtitanaattianodeja (LTO) käyttävissä akuissa kaasun muodostuminen on tärkein turvotuksen syy. päinvastoin grafiittianodeilla varustetuissa akuissa sekä elektrodilevyn laajeneminen että kaasun muodostuminen edistävät turpoamista.

Keskustelu tekijöistä ja mekanismeista, jotka vaikuttavat grafiittianodin laajenemiseen

Kennojen paksuuden kasvu litium-ioni-akkujen latauksen aikana johtuu ensisijaisesti anodin laajenemisesta. katodin laajenemisnopeus on vain 2–4 %. Anodit koostuvat tyypillisesti grafiitista, sideaineesta ja johtavasta hiilestä, ja itse grafiittimateriaalin laajenemisnopeus on noin 10 %. Keskeisiä grafiittianodien laajenemisnopeuteen vaikuttavia tekijöitä ovat SEI (Solid Electrolyte Interphase) -kalvon muodostuminen, varaustila (SOC), prosessiparametrit ja muut muuttujat.

(1) SEI Film Formation
Litium--ioniakun alkuperäisen lataus-purkausjakson aikana elektrolyytin ja grafiittihiukkasten välillä tapahtuu kiinteän-nesteen rajapinnassa pelkistysreaktio, joka muodostaa passivointikerroksen (SEI-kalvon) elektrodimateriaalin päälle. SEI-kalvon muodostuminen johtaa anodin paksuuden merkittävään kasvuun, mikä myötävaikuttaa kennopaksuuden kokonaislisäykseen noin 4 %. Pitkän -syklin aikana grafiitin fyysinen rakenne ja ominaispinta-ala vaikuttavat dynaamiseen prosessiin, joka sisältää olemassa olevan SEI:n hajoamisen ja uuden SEI:n muodostumisen; esimerkiksi hiutalegrafiitilla on suurempi laajenemisnopeus kuin pallomaisella grafiitilla.

(2) Lataustila (SOC)
Kiertoprosessin aikana grafiittianodin tilavuuden laajeneminen osoittaa vahvan jaksottaisen toiminnallisen suhteen kennon SOC:n kanssa. Tarkemmin sanottuna tilavuus laajenee vähitellen litiumionien interkaloituessa grafiittiin (lisätäen solun SOC-arvoa); päinvastoin, kun litium-ionit de{1}}interkaloituvat grafiittianodista, kennon SOC pienenee ja grafiittianodin tilavuus pienenee vastaavasti.

(3) Prosessiparametrit
Mitä tulee prosessiparametreihin, tiivistystiheys vaikuttaa merkittävästi grafiittianodiin. Elektrodilevyn kylmäpuristuksen aikana grafiittianodipäällystekerroksen sisään kehittyy huomattava puristusjännitys; tätä stressiä on vaikea poistaa kokonaan myöhemmissä vaiheissa, kuten korkeassa lämpötilassa{1}}paistamisen aikana. Lataus-purkaussyklin aikana litium-ionien interkalaation/de-interkalaation ja elektrolyytin-indusoiman sideaineen turpoamisen yhteisvaikutukset aiheuttavat pinnoitteen jännityksen vapautumisen, mikä lisää laajenemista. Lisäksi tiivistystiheys määrää anodipinnoitteen sisällä olevan tyhjän tilavuuden. Suuri tyhjä tilavuus voi tehokkaasti mukautua elektrodilevyn laajenemiseen.

Päinvastoin, jos tyhjä tilavuus on pieni, ei ole tarpeeksi tilaa laajentumisen absorboimiseksi; näin ollen laajeneminen pakotetaan ulospäin, mikä ilmenee anodilevyn kokonaistilavuuden kasvuna.

(4) Muut tekijät
Muita anodin laajenemiseen vaikuttavia tekijöitä ovat sideaineen adheesiolujuus (erityisesti sideaineen, grafiittihiukkasten, johtavan hiilen ja virrankerääjän välinen rajapintaadheesio), varaus{0}}purkausnopeudet, sideaineen turpoamiskäyttäytyminen elektrolyytissä, grafiitin muoto ja pakkaustiheys hiukkasten hajoamisen aikana sekä hiukkasten hajoamisen aikana. pyöräily.

Acey New Energy on erikoistunut litiumioniakkujen-laadukkaiden laitteiden tutkimukseen ja valmistukseen. Voimme tarjota keskitetyn-ratkaisun laboratorio-mittakaavaanakun tuotantolinjasylinterimäiselle akulle, kolikkokennolle, pussikennolle

Kaasun muodostuminen akussa on toinen merkittävä turvotuksen syy.

Akuissa syntyy vaihtelevaa kaasunmuodostusta ja turpoamista pyöräillessä huoneenlämpötilassa tai korkeissa lämpötiloissa sekä säilytettäessä{0}}korkeassa lämpötilassa.

Alkulataus{0}}purkausjakson aikana elektrodin pinnalle muodostuu Solid Electrolyte Interphase (SEI) -kalvo. SEI (Solid Electrolyte Interphase) -kerroksen muodostuminen anodille johtuu pääasiassa EC:n (etyleenikarbonaatin) pelkistävästä hajoamisesta; alkyylilitiumin ja Li2CO3:n muodostumiseen liittyy merkittävien CO- ja C2H4-määrien tuotanto. Liuottimet, kuten DMC (dimetyylikarbonaatti) ja EMC (etyylimetyylikarbonaatti), myötävaikuttavat myös kalvon muodostumiseen, jolloin saadaan RLiCO3:a ja ROLi:a kaasujen, kuten CH4, C2H6, C3H8 ja CO, ohella. PC (propeenikarbonaatti)--pohjaisissa elektrolyyteissä kaasuntuotanto on suhteellisesti korkeampi, koska PC3:n pelkistyminen johtuu pääasiassa8. LiFePO4-pussikennoissa kaasun turpoaminen on vakavinta ensimmäisen 0,1 C:n latausjakson jälkeen.

On selvää, että SEI:n muodostumiseen liittyy väistämättä huomattavien kaasumäärien muodostumista. H2O-epäpuhtauksien läsnäolo destabiloi LiPF6:n P-F-sidoksia, mikä johtaa HF:n muodostumiseen; tämä horjuttaa akkujärjestelmää ja kehittää kaasua. Liiallinen H2O kuluttaa Li+-ioneja ja tuottaa LiOH:ta, LiO2:ta ja H2:ta, mikä johtaa myös kaasun kehittymiseen. Kaasua syntyy myös varastoinnin ja pitkittyneen latauksen{10}}purkausjakson aikana. suljetuissa litiumioniakuissa merkittävä kaasun kerääntyminen aiheuttaa turvotusta, mikä heikentää akun suorituskykyä ja lyhentää sen käyttöikää. Pääasialliset syyt kaasun muodostumiseen varastoinnin aikana ovat seuraavat:

(1) Akkujärjestelmässä oleva H2O johtaa HF-muodostukseen, mikä vahingoittaa SEI-kerrosta. Järjestelmässä oleva happi (O2) voi hapettaa elektrolyytin, mikä johtaa suurien CO2-määrien muodostumiseen;
(2) Jos alkuaktivoinnin (muodostumisen) aikana muodostunut SEI-kerros on epävakaa, se voi hajota varastoinnin aikana; myöhempi SEI-kerroksen korjaus vapauttaa kaasuja, jotka koostuvat pääasiassa hiilivedyistä. Pitkän -varaus-purkaussyklin aikana katodimateriaalin kiderakenteen muutokset ja epätasainen potentiaalijakauma elektrodin pinnalla- voivat aiheuttaa paikallisia suuria potentiaalia. Tämä vähentää elektrolyytin stabiilisuutta elektrodin rajapinnassa; pintakalvon jatkuva paksuuntuminen lisää rajapintojen vastusta ja nostaa edelleen reaktiopotentiaalia. Tämä laukaisee elektrolyytin hajoamisen ja kaasun muodostuksen, kun taas katodimateriaali voi myös vapauttaa kaasua.

Akut turpoavat eriasteisesti riippuen niiden kemiallisista järjestelmistä. Grafiittianodeja käyttävissä akuissa kaasun muodostumisen ja turpoamisen ensisijaiset syyt ovat -kuten aiemmin mainittiin-SEI-kerroksen muodostuminen, kennon liiallinen kosteuspitoisuus, muodostumisprosessin poikkeavuudet ja huono tiivistys. Sitä vastoin litiumtitanaattianodijärjestelmässä (LTO) teollisuus syyttää kaasun muodostumista Li4Ti5O12-akuissa materiaalin luontaisesta taipumuksesta imeä kosteutta, vaikka lopullista näyttöä tämän hypoteesin vahvistamiseksi ei ole.

1. Huono tiivistys:Tiivistysvirheiden aiheuttamien turvonneiden solujen ilmaantuvuus on vähentynyt merkittävästi. Vikoja voi esiintyä millä tahansa tiivistepuolella, ja ylätiivisteet ja kaasunpoistotiivisteet ovat yleisimpiä ongelma-alueita; ylimmät tiivistysongelmat koskevat yleensä kielekkeen aluetta, kun taas kaasunpoistoon liittyy usein delaminaatiota. Huono tiivistys päästää ilmakehän kosteutta kennoon, mikä laukaisee elektrolyytin hajoamisen ja kaasun muodostumisen.

2. Pussin pintavauriot:Tuotantolinjan kulun aikana pussi voi vaurioitua vahingossa tai ihmisen aiheuttamia vaurioita (kuten reikiä), jolloin kosteus pääsee tunkeutumaan kennon sisäpuolelle.

3. Kulmavaurio:Taitetuissa kulmissa olevan alumiinikerroksen erityisestä muodonmuutoksesta johtuen kaasupussin liike voi vääntää kulmaa, vaurioittaen alumiinia (suuremmat kennot, joissa on suurempi kaasupussi, ovat alttiimpia tälle) ja vaarantamaan kosteussulun. Kreppiteipin tai kuuma{1}}sulateliiman kiinnittäminen kulmiin voi auttaa vähentämään tätä riskiä. Lisäksi kennojen käsittely kaasupussilla yläsulun jälkeen on kiellettyä; käytön aikana on noudatettava erityistä varovaisuutta, jotta solut eivät heilu ikääntyvien telineissä.

4. Liiallinen sisäinen kosteuspitoisuus:Jos kosteustaso ylittää rajat, elektrolyytti hajoaa, mikä johtaa kaasun muodostumiseen muodostumisen tai kaasunpoiston jälkeen. Ensisijaisia ​​syitä liialliselle sisäiselle kosteudelle ovat: korkea kosteuspitoisuus elektrolyytissä, korkea kosteuspitoisuus paljaskennossa paistamisen jälkeen ja liiallinen kosteus kuivassa huoneessa. Jos turvotuksen syyksi epäillään liiallista kosteutta, voidaan suorittaa prosessin jäljitettävyystarkastus.

5. Muodostumisprosessin poikkeavuudet:Väärät muodostustoimenpiteet voivat johtaa solujen turvotukseen.

6. Epävakaa SEI-kerros:Pientä turpoamista voi esiintyä lataus-kapasiteetin testauksen purkausjaksojen aikana. 7. Ylilataus/yli-purkaus: Prosessin, laitteiston tai suojapiirilevyn (PCB) toimintahäiriöiden vuoksi akkukenno ylilatautuu tai purkauutuu liikaa, mikä johtaa vakavaan turpoamiseen (kaasun muodostumiseen).

8. Oikosulku:Toimintavirheet, jotka aiheuttavat kosketuksen jännitteisten solujen väliin, johtavat oikosulkuun; kenno turpoaa, jännite laskee nopeasti ja kielekkeet hiiltyvät mustiksi.

9. Sisäinen oikosulku:Oikosulku anodin ja katodin välillä kennon sisällä aiheuttaa nopean purkauksen ja lämmön muodostumisen, johon liittyy voimakasta turvotusta. Syitä ovat suunnitteluvirheet; erottimen kutistuminen, käpristyminen tai vauriot; bi-solujen kohdistusvirhe; purseet puhkaisevat erottimen; liiallinen kiinnityspaine; tai ylipuristamalla-lämpösaumauskoneella-. Esimerkiksi riittämätön leveys yhdistettynä kennon rungon liialliseen puristamiseen lämpösaumauskoneella on aiemmin aiheuttanut anodi-katodin oikosulkua ja turvotusta.

10. Korroosio:Kennon korroosio kuluttaa alumiinikerrosta, tuhoaen sen kosteussulkutoiminnon ja johtaa turvotukseen.

11. Epänormaali tyhjiökaasunpoisto:Järjestelmä- tai laiteongelmat johtavat vääriin tyhjiötasoihin tai epätäydelliseen kaasunpoistoon. Esimerkiksi, jos lämpösäteilyvyöhyke tyhjiösaumauksen aikana on liian suuri, kaasunpoistolävistystyökalu ei välttämättä pysty lävistämään pussia tehokkaasti, mikä johtaa epätäydelliseen kaasun poistoon.

Epänormaalin kaasuntuoton estäminen edellyttää sekä materiaalisuunnittelun että valmistusprosessien huomioimista.

Ensimmäinen,materiaali- ja elektrolyyttijärjestelmät on optimoitava, jotta varmistetaan tiheän, vakaan kiinteän elektrolyytin välisen kalvon (SEI) muodostuminen, parannetaan katodimateriaalin stabiilisuutta ja estetään epänormaali kaasun muodostuminen.

Elektrolyyttikäsittelyssä käytetään usein pieniä määriä kalvon muodostavia lisäaineita{0}}, jotta SEI-kalvosta tulee tasaisempi ja tiheämpi. Tämä vähentää kaasun muodostusta, joka johtuu SEI-kalvon irtoamisesta ja regeneraatiosta akun käytön aikana, mikä vähentää turvotusta; Tällaiset menetelmät on dokumentoitu tutkimuksessa ja sovellettu käytännössä.

Tutkimukset osoittavat, että EC:n (eteenikarbonaatti) ja VC:n (vinyleenikarbonaatti) muodostamat SEI-kalvokomponentit koostuvat lineaarisista litiumalkyylikarbonaateista. Korkeissa lämpötiloissa litiumalkyylikarbonaatit, jotka ovat kiinnittyneet litioituun hiileen (LiC), ovat epästabiileja ja hajoavat muodostaen kaasuja (kuten CO2:ta), mikä johtaa akun turpoamiseen. PS:n muodostama SEI-kalvo koostuu litiumalkyylisulfonaatista; vaikka kalvossa on vikoja, sillä on tietty kaksiulotteinen rakenne ja se pysyy suhteellisen vakaana LiC-pinnalla jopa korkeissa lämpötiloissa. Kun PS:ää ja VC:tä käytetään yhdessä, PS muodostaa viallisen kaksiulotteisen rakenteen anodin pinnalle pienemmillä jännitteillä; jännitteen noustessa VC muodostaa lineaarisen -strukturoidun litiumalkyylikarbonaatin, joka täyttää kaksiulotteisen rakenteen viat, mikä johtaa vakaaseen verkko{8}}rakenteiseen SEI-kalvoon LiC:ssä. Tämän tyyppinen SEI-kalvorakenne parantaa merkittävästi vakautta ja estää tehokkaasti kalvon hajoamisen aiheuttaman kaasun muodostumisen.

Lisäksi,litiumkobolttioksidikatodimateriaalin ja elektrolyytin väliset vuorovaikutukset johtavat hajoamistuotteisiin, jotka katalysoivat elektrolyyttiliuottimien hajoamista. Näin ollen pintapinnoitteen levittäminen katodimateriaaliin ei ainoastaan ​​paranna rakenteellista stabiilisuutta, vaan myös minimoi kosketuksen katodin ja elektrolyytin välillä, mikä vähentää katodin katalyyttisen hajoamisaktiivisuuden aiheuttamaa kaasun muodostusta. Siksi vakaan, ehjän pinnoitekerroksen muodostuminen katodimateriaalihiukkasten pinnalle edustaa pääsuuntaa nykyiselle kehitykselle.

Acey New Energyon erikoistunut tarjoamaan keskitettyjä ratkaisuja puoli-automaattisille/täysautomaattisille-litiumakkujen kokoonpanolinjoille, joita käytetään ESS:ssä, UAV:ssa, E-pyörässä, E-skootterissa, sähkötyökaluissa, kaksi-/kolmipyöräisissä ajoneuvoissa jne. Jos haluat rakentaa uuden litium-, tai ioni-akkulinjasi teollisuudelle litium-ioniakun kokoonpanolinja, voimme tarjota sinulle ammattimaista teknistä tukea ja opastusta, ota rohkeasti yhteyttä!

Ota yhteyttä nyt