Vplyv obsahu vlhkosti na výkon batérie

Existuje veľa faktorov, ktoré ovplyvňujú výkon lítiových batérií, ako napríklad typ materiálu, hustota zhutnenia pozitívnych a negatívnych elektród, vlhkosť, hustota povrchu povlaku a množstvo elektrolytu. Medzi nimi má zásadný vplyv vlhkosť na výkon lítium-iónových batérií. Vlhkosť je kľúčovým faktorom, ktorý je potrebné prísne kontrolovať počas výrobného procesu lítium-iónových batérií. Nadmerná vlhkosť môže nielen spôsobiť rozklad solí lítia v elektrolyte a spôsobiť poškodenie pozitívnych a negatívnych materiálov. Zberač prúdu má určitý korozívny a deštruktívny účinok a vedie tiež k zníženiu výkonnosti cyklu a bezpečnosti. batérie. Stopové množstvo vlhkosti má však dôležitý význam. Nasledujúci text popisuje vplyv vlhkosti na výkon lítiových batérií.

1. Nevýhody nadmernej vlhkosti

Vo výrobnom procese batérie ternárneho / grafitového systému sa na prípravu suspenzie pozitívnych elektród všeobecne používa disperzný systém na báze oleja, pričom sa ako spojivo použije PVDF a ako rozpúšťadlo sa použije NMP. Keď PVDF narazí na nadmernú vlhkosť, vytvorí želatínovú látku, čo vedie k zlej tekutosti a vyrovnaniu suspenzie, čo neprispieva k potiahnutiu suspenzie. Pri príprave suspenzie je preto potrebné venovať pozornosť obsahu vlhkosti surovín, pracovnému prostrediu a vnášaniu vlhkosti počas prevádzky personálu.

Okrem toho, že má obrovský vplyv na prípravu suspenzie lítiových batérií, nadmerná vlhkosť spôsobí rozklad elektrolytu. Odpoveď je nasledovná:

Kyselina fluorovodíková je obzvlášť korozívna kyselina, ktorá môže vážne poškodiť kladné a záporné materiály elektród a zberače prúdu lítiových batérií a nakoniec viesť k problémom s bezpečnosťou batérií.

2. Význam stopovej vody

Nie je to však tak, že čím menej vody je v lítiových batériách kvalitnejšie. Ako všetci vieme, rozhranie tuhého elektrolytu (všeobecne známe ako SEI membrána) je selektívna priepustná membrána, ktorá umožňuje voľnému priechodu Li +, ale molekuly elektrolytu ním nemôžu prechádzať. Zloženie elektrolytu a stopových prísad má významný vplyv na potenciál tvorby filmu SEI, stupeň kompaktnosti, nezvratnú stratu kapacity batérie a vnútorný odpor batérie. Voda ako stopová zložka v elektrolyte má určitý vplyv na tvorbu filmu SEI a výkonnosť lítium-iónových batérií.

Po tretie, vplyv vlhkosti na výkon lítiových batérií

V rôznych materiálových systémoch má obsah vlhkosti veľký vplyv na výkon batérie. Čo však zostáva nezmenené, je to, že vlhkosť ovplyvňuje kapacitu prvého nabitia a vybitia, vnútorný odpor, životnosť cyklu batérií a objem batérií lítiových batérií. Ako príklad si vezmite batériu systému lítium kobalt-oxid / grafit.

1. Vplyv na prvú kapacitu nabitia a vybitia

Vlhkosť súvisí s tvorbou SEI v lítiových batériách a bude nevyhnutne ovplyvňovať prvú nezvratnú stratu kapacity lítiových batérií. Ako je znázornené na obrázku 1:

Obrázok 1. Vplyv obsahu vlhkosti na kapacitu nabitia a vybitia batérie

Ak je vlhkosť v batérii nižšia ako 0,015%, prvá kapacita vybitia batérie vyhovuje národným normám a zmena je malá; keď je vlhkosť batérie v rozmedzí od 0,015% do 0,04%, prvá vybíjacia kapacita batérie klesá so zvyšovaním vlhkosti v batérii. Ak je obsah vlhkosti v batérii nižší ako 0,015%, dominujú nasledujúce reakcie.

Alkylkarbonát lítny generovaný procesom redukcie s jedným elektrónom môže tiež reagovať so stopovou vodou v elektrolyte za vzniku uhličitanu lítneho.

2ROCO2 Li {{2}} H2O → Li2CO3 +CO2 +2ROH

Keď sa vytvorí CO2, nastane nová chemická reakcia na povrchu negatívnej elektródy s nízkym potenciálom:

2CO2+2Li+ +2e → Li2CO3 +CO

Je zrejmé, že vhodné množstvo vody pomôže vytvoriť stabilný, rovnomerný a hustý film SEI, ktorému dominuje Li2CO3. Keď film SEI úplne zakrýva zápornú elektródu, nevratná reakcia sa okamžite zastaví.

Ak je obsah vlhkosti v rozmedzí od 0,0150% do 0,04%, zvyšuje sa spotreba lítiových iónov a klesá kapacita nabíjania a vybíjania batérie, čo má na ňu negatívny vplyv.

2. Vplyv na vnútorný odpor batérie

Vnútorný odpor batérie je jedným z najdôležitejších charakteristických parametrov batérie. Je to dôležitý parameter, ktorý charakterizuje životnosť cyklu a prevádzkový stav batérie, a je hlavným indikátorom obtiažnosti prepravy iónov a elektrónov v batérii. Vnútorný odpor ovplyvňujú hlavne faktory, ako sú materiály batérií, výrobné procesy a štruktúra batérie. Čím menší je vnútorný odpor, tým menšie je napätie, ktoré je pri vybití batérie obsadené, a tým viac energie môže vydávať. Pri batériách skladovaných dlhší čas sa vnútorný odpor zvýši s predĺžením doby skladovania a výkon batérie bude výrazne ovplyvnený, ak vnútorný odpor prekročí určitú hodnotu. Pretože obsah vlhkosti má vplyv na kvalitu filmu SEI v lítiovej batérii, úvod ovplyvňuje vnútorný odpor batérie.

V systéme rozpúšťadiel EC / DMC / EMC elektrolytov môže stopové množstvo vody vytvárať stabilný, rovnomerný a hustý SEI film na báze Li2CO3 s nízkym vnútorným odporom. Keď je obsah vlhkosti vyšší ako požadovaný obsah systému na vytvorenie filmu SE I, zrážajú sa na povrchu filmu SEI POF3 a LiF, čo vedie k zvýšeniu vnútorného odporu batérie. ako je znázornené na obrázku 2:

Obrázok 2. Vplyv obsahu vlhkosti na vnútorný odpor batérie

3. Vplyv na zhoršenie kapacity batérie

Obsah vlhkosti ovplyvňuje vlastnosti filmu SEI batérie, napríklad jednotnosť a kompaktnosť. Keď je film SE I rovnomerný a hustý, nie je ľahké elektrolytické rozpúšťadlo zabudovať do zápornej elektródy zaberajúce voľné miesto na vloženie Li +, takže nedochádza k žiadnej degradácii kapacity. Naopak, keď časť filmu SEI nie je hustá alebo rovnomerná, je relatívne ľahké, aby voľné miesta na vloženie Li + obsadilo rozpúšťadlo elektrolytu. Li2CO3 je najdôležitejšou zložkou na vytvorenie rovnomerného a hustého filmu SEI. V systéme rozpúšťadiel elektrolytov EC / DMC / EMC môže vhodné množstvo vody podporovať tvorbu SEI filmu na báze Li2CO3. Ak je obsah vlhkosti dostatočný alebo nadmerný, vytvoril sa SEI. Čím je fólia hustejšia a rovnomernejšia, tým je menšia pravdepodobnosť zapustenia rozpúšťadla do uhlíkovej anódy. To je dôvod, prečo sa útlm kapacity batérie postupne znižuje so zvyšovaním obsahu vlhkosti, keď je vlhkosť v rozmedzí od 0,015% do 0,04%. Keď je obsah vlhkosti nižší ako 0,015%, na povrchu zápornej elektródy sa vytvorí hustejší film SEI, aby sa udržalo zanášanie rozpúšťadla v rovnovážnom stave. Preto sa pokles kapacity batérie udržiava v relatívne stabilnom stave.

Obrázok 3. Vplyv obsahu vlhkosti na rýchlosť poklesu kapacity batérie

4. Vplyv na hrúbku batérie

Obrázok 4. Vplyv obsahu vlhkosti na hrúbku batérie

Z obrázku je vidieť, že s rastúcim obsahom vlhkosti sa zväčšuje aj hrúbka batérie. Ak je obsah vlhkosti spôsobený CO2, CO a inými plynmi generovanými počas tvorby filmu SEI. A keď je voda nadmerná, prebytočná voda bude pokračovať v reakcii s LiPF6 na výrobu vysokofrekvenčného plynu. Interná výroba plynu v batérii súvisí s bezpečnosťou batérie. Aby sa zabránilo vážnym problémom s plynatosťou v batérii, musí byť voda vo vnútri batérie prísne kontrolovaná.

referencie:

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

[2] HUANG Feng (黄 峰), ZHOU Yun-Hong (周运鸿). Batéria B imonthly (Battery) [J], 2001, 31 (6): 290

[3] Zhang Hailin, He Xiangyun, Li Yan a kol. Vplyv vlhkosti elektród na výkon lítium-iónových batérií ［J］. Batéria Industry, 2013, 18 (1/2): 44-46.