Vliv obsahu vlhkosti na výkon baterie

Existuje mnoho faktorů, které ovlivňují výkon lithiových baterií, jako je typ materiálu, hustota zhutnění kladných a záporných elektrod, vlhkost, hustota povrchu povlaku a množství elektrolytu. Mezi nimi má zásadní vliv na výkon lithium-iontových baterií vlhkost. Vlhkost je klíčovým faktorem, který je třeba přísně kontrolovat během procesu výroby lithium-iontových baterií. Nadměrná vlhkost může nejen způsobit rozklad lithiových solí v elektrolytu a poškodit pozitivní a negativní materiály. Kolektor proudu má určitý korozivní a destruktivní účinek a také vede ke snížení výkonu cyklu a bezpečnosti baterie. Stopová množství vlhkosti však mají důležitý význam. Následující text popisuje vliv vlhkosti na výkon lithiových baterií.

1. Nevýhody nadměrné vlhkosti

Ve výrobním procesu baterie ternárního / grafitového systému se při přípravě suspenze kladných elektrod obvykle používá disperzní systém na bázi oleje, přičemž se jako pojivo použije PVDF a jako rozpouštědlo NMP. Když PVDF narazí na nadměrnou vlhkost, vytvoří želatinovou látku, což má za následek špatnou tekutost a vyrovnání suspenze, což neprospívá potahu suspenze. Při přípravě kejdy je proto třeba věnovat pozornost obsahu vlhkosti v surovinách, pracovnímu prostředí a zavádění vlhkosti během provozu personálu.

Kromě toho, že má obrovský dopad na přípravu kalu lithiové baterie, nadměrná vlhkost způsobí rozklad elektrolytu. Odpověď je následující:

Kyselina fluorovodíková je obzvláště korozivní kyselina, která může vážně poškodit kladné a záporné materiály elektrod a sběrače proudu lithiových baterií a nakonec vést k problémům s bezpečností baterií.

2. Význam stopové vody

Není to však tak, že čím méně vody je lepší v lithiových bateriích. Jak všichni víme, rozhraní pevného elektrolytu (běžně známé jako SEI membrána) je selektivní propustná membrána, která umožňuje Li + volně procházet, ale molekuly elektrolytu jím procházet nemohou. Složení elektrolytu a stopových přísad má významný dopad na potenciál tvorby filmu SEI, stupeň kompaktnosti, nevratnou ztrátu kapacity baterie a vnitřní odpor baterie. Voda jako stopová složka v elektrolytu má určitý dopad na tvorbu filmu SEI a výkon lithium-iontových baterií.

Za třetí, vliv vlhkosti na výkon lithiových baterií

V různých materiálových systémech má obsah vlhkosti velký vliv na výkon baterie. Zůstává však nezměněno to, že vlhkost ovlivňuje kapacitu prvního nabití a vybití, vnitřní odpor, životnost cyklu baterie a objem baterie lithiových baterií. Jako příklad si vezměte baterii systému lithium-kobalt-oxid / grafit.

1. Dopad na první kapacitu nabití a vybití

Vlhkost souvisí s tvorbou SEI v lithiových bateriích a nevyhnutelně ovlivní první nevratnou ztrátu kapacity lithiových baterií. Jak je znázorněno na obrázku 1:

Obrázek 1. Vliv obsahu vlhkosti na kapacitu nabití a vybití baterie

Pokud je vlhkost v baterii nižší než 0,015%, první kapacita vybití baterie splňuje národní standard a změna je malá; když je vlhkost baterie v rozmezí 0,015% až 0,04%, snižuje se první vybíjení baterie s rostoucí vlhkostí v baterii. Pokud je obsah vlhkosti v baterii nižší než 0,015%, dominují následující reakce.

Alkylkarbonát lithný generovaný procesem redukce s jedním elektronem může také reagovat se stopovou vodou v elektrolytu za vzniku uhličitanu lithného.

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

Když je generován CO2, dochází k nové chemické reakci na povrchu negativní elektrody s nízkým potenciálem:

2CO2+2Li+ +2e → Li2CO3 +CO

Je vidět, že vhodné množství vody pomůže vytvořit stabilní, rovnoměrný a hustý film SEI, kterému dominuje Li2CO3. Když SEI film zcela zakryje zápornou elektrodu, nevratná reakce se okamžitě zastaví.

Když je obsah vlhkosti v rozmezí 0,0150% až 0,04%, zvyšuje se spotřeba lithiových iontů a kapacita nabíjení a vybíjení baterie se snižuje, což má na ni negativní dopad.

2. Dopad na vnitřní odpor baterie

Vnitřní odpor baterie je jedním z nejdůležitějších charakteristických parametrů baterie. Je to důležitý parametr, který charakterizuje životnost a provozní stav baterie a je hlavním indikátorem obtížnosti transportu iontů a elektronů v baterii. Vnitřní odpor je ovlivňován hlavně faktory, jako jsou materiály baterie, výrobní procesy a struktura baterie. Čím menší je vnitřní odpor, tím menší je napětí obsazené, když je baterie vybitá, a tím více energie může vydávat. U baterií skladovaných po dlouhou dobu se vnitřní odpor zvýší s prodloužením doby skladování a výkon baterie bude výrazně ovlivněn, pokud vnitřní odpor překročí určitou hodnotu. Protože obsah vlhkosti má vliv na kvalitu filmu SEI v lithiové baterii, úvod ovlivňuje vnitřní odpor baterie.

V systému rozpouštědel elektrolytů EC / DMC / EMC může stopové množství vody tvořit stabilní, rovnoměrný a hustý SEI film na bázi Li2CO3 s nízkým vnitřním odporem. Když je obsah vlhkosti vyšší než požadovaný obsah systému pro vytvoření filmu SE I, sráží se POF3 a LiF na povrchu filmu SEI, což vede ke zvýšení vnitřního odporu baterie. jak je znázorněno na obrázku 2:

Obrázek 2. Vliv obsahu vlhkosti na vnitřní odpor baterie

3. Dopad na snížení kapacity baterie

Obsah vlhkosti ovlivňuje vlastnosti filmu baterie SEI, jako je rovnoměrnost a kompaktnost. Když je film SE I rovnoměrný a hustý, není snadné elektrolytické rozpouštědlo zabudovat do záporné elektrody, což zabírá volnou pozici vložení Li +, takže dochází k malé degradaci kapacity. Naopak, když část filmu SEI není hustá nebo rovnoměrná, je relativně snadné, aby volná místa pro vložení Li + byla obsazena rozpouštědlem elektrolytu. Li2CO3 je nejdůležitější složkou pro vytvoření rovnoměrného a hustého filmu SEI. V systému rozpouštědel elektrolytů EC / DMC / EMC může vhodné množství vody podporovat tvorbu filmu SEI na bázi Li2CO3. Když je obsah vlhkosti dostatečný nebo nadměrný, vytvořila se SEI. Čím je film hustší a rovnoměrnější, tím menší je pravděpodobnost zapuštění rozpouštědla do uhlíkové anody. To je důvod, proč se úbytek kapacity baterie postupně snižuje se zvyšováním obsahu vlhkosti, když je vlhkost v rozmezí 0,015% až 0,04%. Když je obsah vlhkosti nižší než 0,015%, vytvoří se na povrchu záporné elektrody hustší SEI film, aby se udrželo zanášení rozpouštědla v rovnovážném stavu. Proto je pokles kapacity baterie udržován v relativně stabilním stavu.

Obrázek 3. Vliv obsahu vlhkosti na rychlost poklesu kapacity baterie

4. Dopad na tloušťku baterie

Obrázek 4. Vliv obsahu vlhkosti na tloušťku baterie

Z obrázku je patrné, že se zvyšujícím se obsahem vlhkosti se zvyšuje také tloušťka baterie. Pokud je obsah vlhkosti způsoben CO2, CO a dalšími plyny generovanými během tvorby filmu SEI. A když je voda nadměrná, přebytečná voda bude i nadále reagovat s LiPF6 za vzniku vysokofrekvenčního plynu. Vnitřní produkce plynu v baterii souvisí s bezpečností baterie. Aby se zabránilo vážným problémům s nadýmáním v baterii, musí být voda uvnitř baterie přísně kontrolována.

Reference:

[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). Baterie B imonthly (baterie) [J], 2001, 31 (6): 290

[3] Zhang Hailin, He Xiangyun, Li Yan a kol. Vliv vlhkosti elektrod na výkon lithium-iontových baterií ［J］. Battery Industry, 2013, 18 (1/2): 44-46.