Jak zlepšit infiltrační účinek elektrolytu na pólový nástavec?

1. Koncept elektrolytu

Elektrolyt je iontový vodič, který vede mezi kladnou a zápornou elektrodou baterie. Během nabíjení a vybíjení se lithiové ionty přenášejí tam a zpět mezi kladnou a zápornou elektrodou. Elektrolyt má relativně velký dopad na výkon a kapacitu baterie&# 39 (vysoká a nízká rychlost), životnost (cyklické skladování) a rozsah aplikace teploty.

Vhodná rozpouštědla vyžadují vysokou dielektrickou konstantu a nízkou viskozitu. Běžně používané alkylkarbonáty, jako je PC a EC, mají silnou polaritu a vysokou dielektrickou konstantu, ale viskozita je velká a intermolekulární síla je velká a v ní se pohybují ionty lithia. Rychlost je pomalá. Lineární estery, jako je DMC (dimethylkarbonát) a DEC (diethylkarbonát), mají nízkou viskozitu, ale nízkou dielektrickou konstantu. Proto se k získání roztoků s vysokou iontovou vodivostí obvykle používají PC + DEC, EC + DMC a další směsná rozpouštědla.

Elektrolyt používaný v lithium-iontových bateriích by obecně měl splňovat následující základní požadavky:

A. Vysoká iontová vodivost, obecně by měla dosáhnout 1 × 10-3 ~ 2 × 10-2 S / cm;

b. Vysoká tepelná a chemická stabilita, nedochází k oddělování v širokém rozsahu napětí;

C. Široké elektrochemické okénko k udržení stability elektrochemického výkonu v širokém rozsahu napětí;

d. Má dobrou kompatibilitu s ostatními částmi baterie, jako jsou materiály elektrod, sběrače elektrodového proudu a oddělovače;

E. Bezpečné, netoxické a neznečišťující.

2. Efekt infiltrace elektrolytů

Když lithiová baterie dosáhne vyřazeného standardu nebo náhle selže, je často rozebrána, aby analyzovala účel degradace nebo poklesu výkonu baterie&# 39. Když editor demontoval a analyzoval lithiovou baterii, bylo zjištěno, že baterie se špatným výkonem cyklu často souvisí se špatným infiltračním účinkem elektrolytu na pólový nástavec. Když účinek infiltrace elektrolytů není dobrý, dráha přenosu iontů se stává dále, což brání přenosu lithiových iontů mezi kladnými a zápornými elektrodami. Pólové nástavce, které nejsou v kontaktu s elektrolytem, ​​se nemohou účastnit elektrochemické reakce baterie a zvyšuje se odpor baterie, což ovlivňuje výkon lithia, rychlost vybíjení a životnost baterie.

Abychom se vyhnuli všem možným nevýhodám, musíme najít způsob, jak elektrolyt co nejvíce namočit do pólového nástavce. Samozřejmě, vzhledem k problému s náklady, musíme použít odpovídající množství elektrolytu, jak je to možné. Množství elektrolytu ovlivňuje výkon baterie.

3. Jak zlepšit smáčivost elektrolytu

Infiltrace elektrolytu pólového nástavce zahrnuje třífázový kontakt pevné látky, kapaliny a plynu. Když je elektrolyt vstřikován do pouzdra na baterii, musí elektrolyt nejprve vypustit vzduch z pouzdra a poté elektrolyt ulpí na povrchu pozitivních a negativních aktivních materiálů a část elektrolytu vstoupí do kladné elektrody - záporná membrána elektroda procházející membránou jádra vinutí. mezi. Postupem času bude elektrolyt infiltrovat pólové nástavce a elektrolyt v membráně bude infiltrovat pólové nástavce v opačném směru. Když je doba odstátí do určité míry dlouhá, pod vlivem povrchového napětí dosáhne infiltrace pólových nástavců stavu rovnováhy.

V tomto procesu je koncept&"; kontaktní úhel GG"; (úhel smáčení) ve fyzikální chemii. Jak je znázorněno na obrázku níže, modrá oblast na obrázku představuje kapalinu a šedá oblast představuje pevné rozhraní. Pak je modrou a šedou kontaktní oblastí kontaktní rozhraní kapalina-kapalina. Poloha, kde tečna kapaliny protíná pevné rozhraní, tvoří úhel θ. Čím menší je kontaktní úhel θ, tím lepší je smáčivost elektrolytu s pólovým nástavcem nebo membránou. .

Ve skutečném provozním procesu je však často nemožné pochopit infiltrační účinek elektrolytu na pólový nástavec. Podle výše zmíněného principu infiltrace elektrolytů můžeme najít způsoby, jak zlepšit infiltrační účinek elektrolytu na pólový nástavec z následujících bodů:

(1) Vylepšete proces vstřikování

Zlepšení procesu vstřikování kapaliny je nejběžnější metoda, která může účinně zlepšit infiltrační účinek elektrolytu, pokud jde o účinnost vstřikování kapaliny, podmínky vstřikování kapaliny, dobu odstávky a metody vstřikování kapaliny.

Vstřikování kapaliny ve vakuu nejen usnadňuje vypouštění plynu v článku, ale také snižuje odpor plynu vůči vstřikování elektrolytu a pomáhá elektrolytu infiltrovat pólové nástavce. Princip spočívá v tom, že vakuové vstřikování může snížit existenci odporu plynu na třífázovém rozhraní pevná látka-plyn-kapalina, což umožňuje elektrolytu přímo kontaktovat pólový nástavec, což snižuje dobu infiltrace.

Prodloužením doby stání ve vakuu může zajistit, aby byl elektrolyt plně infiltrován do pólového nástavce. Po vstřikování kapaliny, jak se prodlužuje doba odstávky, se úhel smáčení mezi roztokem elektrody a pólovým nástavcem postupně zmenšuje a poloměr smáčení se postupně zvětšuje a nakonec se dosáhne dobrého smáčecího účinku.

Aby se zabránilo fenoménu nedostatečné infiltrace elektrolytu do membrány a pólových nástavců, může být elektrolyt vstřikován v dávkách, aby se usnadnilo úplné proniknutí elektrolytu do pólových nástavců. V zásadě je touto metodou operace zvýšení pravděpodobnosti kontaktu pevné látky s kapalinou a rozšíření kontaktní oblasti. „V případě stejného množství elektrolytu lze dobu infiltrace zkrátit.

(2) Vylepšit základní proces

Účinek infiltrace elektrolytu nesouvisí s vlastnostmi částic elektrodového materiálu, hustotou zhutnění pólových nástavců a těsností jádra. Odlišná morfologie a velikost částic pozitivních a negativních aktivních materiálů, vodivých látek a elektrolytu mají různé infiltrační účinky na pólové nástavce. Čím větší je velikost částic suroviny, tím blíže je sférický tvar, tím větší je rychlost průniku elektrolytu a delší doba infiltrace. krátký. Když je hustota zhutnění pólového nástavce příliš velká, poréznost pólového nástavce se sníží, což neprospívá infiltraci elektrolytu do pólového nástavce. Je nutné upravit vhodnou hustotu zhutnění tak, aby vyhovovala infiltraci elektrolytů za podmínky zajištění nízké impedance baterie. stupeň. Podobně bude mít vliv na infiltraci elektrolytu také těsnost komína nebo vinutí článku.

Když je vinutí volnější, póry mezi kladnou elektrodou - separátorem - zápornou elektrodou jsou větší a množství nahromaděného elektrolytu je větší, což má za následek obohacení na některých místech a nedostatek na některých místech, což má nepochybně velký dopad na výkon baterie. Když je vinutí pevné, ovlivní to rychlost infiltrace a účinnost elektrolytu, což není žádoucí.

(3) Přidejte činidlo pro infiltraci elektrolytů

Obvykle používaným elektrolytem je organické rozpouštědlo a pólovým nástavcem je anorganický materiál, takže schopnost absorbovat elektrolyt je slabá. Přidávání přísad do elektrolytu může také zlepšit infiltraci elektrolytu. Liu Fangfang a další používali jako přísadu do elektrolytu fluorovaný etherový materiál. Výsledky testu ukazují, že přidání malého množství infiltrantu do elektrolytu může účinně zkrátit dobu vstřikování baterie a významně zlepšit výkon cyklu baterie, ale je třeba poznamenat, že se používá jako infiltrant. Když přidané množství dosáhne 1%, bude to mít negativní dopad na výkon cyklu.

Podstatou klížícího činidla je povrchově aktivní látka. Tento typ klížidla má výhody vysoké povrchové aktivity, vysoké tepelné stability, nízké hořlavosti a vysoké chemické stability. Přidání klížidla do elektrolytu může snížit povrchové napětí kapaliny. Zlepšete smáčivost a penetrační schopnost elektrolytu k pólovému nástavci, čímž zlepšíte elektrochemický výkon baterie.

Prostřednictvím výše uvedených několika způsobů lze účinně zlepšit infiltrační účinek elektrolytu na pólový nástavec. Zkrácení doby infiltrace může ušetřit výrobní náklady, zlepšit efekt infiltrace, snížit impedanci rozhraní baterie a zlepšit účinnost využití aktivních materiálů, čímž se zvýší kapacita baterie a zlepší se charakteristiky vybíjení.