Dadansoddiad o achosion chwyddo batris lithiwm

Defnyddir batris lithiwm yn eang oherwydd eu bywyd hir a'u gallu uchel. Fodd bynnag, wrth ymestyn amser defnyddio, mae problemau chwyddo, perfformiad diogelwch anfoddhaol a gwanhau cylch carlam wedi dod yn fwyfwy difrifol, sydd wedi achosi dadansoddiad a llethu dwfn yn y diwydiant batri lithiwm. yr astudiaeth. Yn seiliedig ar brofiad ymchwil a datblygu arbrofol, mae'r awdur yn rhannu achosion chwyddo batri lithiwm yn ddau gategori, un yw'r chwydd a achosir gan y newid yng drwch y darn paill batri; y llall yw'r chwydd a achosir gan ocsid a dadelfennu electrolyt i gynhyrchu nwy. Mewn gwahanol systemau batri, mae'r prif ffactorau ar gyfer newid trwch batri yn wahanol. Er enghraifft, yn batri'r system amrwd lithiwm, y prif ffactor chwyddo yw chwyddo aer; yn y system amrwd graffit, mae trwch y darn paill a'r cynhyrchu nwy yn effeithio ar chwyddo'r batri. Chwarae rôl hyrwyddo.

1. Newid mewn trwch darn paill electrode

Wrth ddefnyddio batris lithiwm, bydd trwch y darnau paill electrode yn newid i ryw raddau, yn enwedig yr electrod negyddol graffit. Yn ôl y data presennol, mae batris lithiwm yn dueddol o chwyddo ar ôl storio a chylchrediad tymheredd uchel, ac mae'r gyfradd twf trwchus tua 6% i 20%. Dim ond 4% yw cyfradd ehangu'r electroneg gadarnhaol, ac mae cyfradd ehangu'r electrod negyddol yn fwy nag 20%. Y rheswm sylfaenol dros y chwydd a achosir gan drwch gynyddol y darn paill batri lithiwm yw hanfod graffit. Mae'r graffit electrode negyddol yn ffurfio LiCx (LiC24, LiC12 a LiC6, etc. ) pan fewnosodir lithiwm, a'r newidiadau i'r bwlch yn y delin, gan arwain at ffurfio straen mewnol microsgopig, gan achosi i'r electrod negyddol gynhyrchu Swell. Mae'r ffigur isod yn ddiagram sgematig o newidiadau strwythurol y darn paill negyddol graffit yn ystod lleoliad, codi tâl a rhyddhau.

Mae ehangu electroneg negyddol graffit yn cael ei achosi'n bennaf gan ehangiad na ellir ei wrthdroi ar ôl mewnosod lithiwm. Mae'r rhan hon o'r ehangu yn ymwneud yn bennaf â maint y gronynnau, yr adbetrus a strwythur y darn paill. Mae ehangu'r electrod negyddol yn achosi i'r craidd ddadffurfio, gan ffurfio ceudod rhwng yr electrod a'r deialu, ffurfio micro-graciau yn y gronynnau electrode negyddol, torri ac ailagor y rhyngwyneb electrolyt solet (SEI) cofiadwy, defnyddio'r electrolyt, a dirywio perfformiad y cylch. Mae llawer o ffactorau sy'n effeithio ar drwch y darn paill negyddol. Priodweddau'r cerydd a pharamedrau strwythur y darn paill yw'r ddau bwysicaf.

Yr hyn a ddefnyddir yn gyffredin ar gyfer electrodau negyddol graffit yw SBR. Mae gan wahanol ansoddeiriau gryfder modulus a mecanyddol gwahanol, ac maent yn cael effeithiau gwahanol ar drwch y darn paill. Mae'r llu treigl ar ôl i'r darn paill gael ei orchuddio hefyd yn effeithio ar drwch y darn paill negyddol wrth ddefnyddio batri. O dan yr un straen, y mwyaf yw'r modwlws elastig o'r cerydd, y mwyaf yw'r darn paill o leoliad corfforol; wrth godi tâl, mae'r delin graffit yn ehangu oherwydd mewnosod Li +; ar yr un pryd, oherwydd dadffurfio'r gronynnau electroneg negyddol a'r SBR, mae'r straen mewnol yn cael ei ryddhau'n llwyr, gan wneud i'r gyfradd ehangu electroneg negyddol godi'n sydyn, mae'r SBR yn y cam dadffurfio plastig. Mae'r rhan hon o'r gyfradd ehangu yn gysylltiedig â modwlws elastig a chryfder torri'r SBR, gan arwain at y mwyaf o'r modwlws elastig a chryfder torri'r SBR, y mwyaf yw'r ehangu na ellir ei wrthdroi.

Pan fydd swm yr SBR a ychwanegir yn anghyson, bydd y pwysau ar y darn paill wrth rolio yn wahanol. Mae gwahanol bwysau'n achosi gwahaniaeth penodol yn y straen gweddilliol a gynhyrchir gan y darn paill. Y mwyaf yw'r pwysau, y mwyaf yw'r straen gweddilliol, sy'n arwain at ehangu storfeydd ffisegol, cyflwr trydan llawn a chyfradd ehangu'r wladwriaeth drydan wag yn cynyddu; y lleiaf o gynnwys yr SBR, yr isaf yw'r pwysau wrth rolio, y lleiaf yw cyfradd ehangu'r storfa ffisegol, y wladwriaeth drydan lawn a'r wladwriaeth drydan wag yn y cam cynnar; ehangu'r electrod negyddol sy'n achosi i'r craidd ddadffurfio ac mae'n effeithio ar yr electrod negyddol Mae graddau'r mewnosod lithiwm a chyfradd gwasgariad Li + yn cael effaith ddifrifol ar berfformiad cylch batri.

2. Blodeublo a achosir gan gynhyrchu nwy batri

Mae nwy a gynhyrchir y tu mewn i'r batri yn achos pwysig arall o chwyddo batri. P'un a yw'r batri'n cael ei storio ar dymheredd ystafell, cylch tymheredd uchel, neu dymheredd uchel, bydd yn cynhyrchu gwahanol raddau o chwyddo a chynhyrchu nwy. Yn ôl canlyniadau presennol yr ymchwil, mae hanfod y blodeuo celloedd yn cael ei achosi gan ddadelfennu'r electrolyt. Mae dau achos o ddadelfennu electrolyt. Un ohonynt yw bod diffyg amynedd yn yr electrolyt, megis lleithder ac amhyuredd metel, sy'n achosi i'r electrolyt ddatgysylltu a chynhyrchu nwy. Y llall yw bod ffenestr electrocemegol yr electrolyt yn rhy isel, sy'n achosi dadelfennu yn ystod y broses codi tâl. Bydd y toddyddion fel y CE, DEC ac ati yn cynhyrchu radicalau am ddim ar ôl cael electronau. Canlyniad uniongyrchol adweithiau radical am ddim yw cynhyrchu hydrocarbonau berwi isel, ester, ethwyr a CO2.

Ar ôl i'r batri lithiwm gael ei gynnull, bydd ychydig o nwy yn cael ei gynhyrchu yn ystod y broses cyn ffurfio. Mae'r nwyon hyn yn anochel ac maent hefyd yn ffynhonnell colli capasiti na ellir ei wrthdroi fel y'i gelwir o'r batri. Yn ystod y broses codi tâl a rhyddhau gyntaf, ar ôl i'r electronau gyrraedd yr electrod negyddol o'r gylched allanol, byddant yn cael adwaith lleihau ocsid gyda'r electrolyt ar yr arwyneb electrode negyddol i gynhyrchu nwy. Yn ystod y broses hon, ffurfir SEI ar wyneb yr electrod negyddol graffit. Wrth i drwch y SEI gynyddu, ni all electronau dreiddio ac atal ocsid a dadelfennu parhaus yr electrolyt. I ffurfio SEI, gweler yr erthygl: Nwyddau Sych | Beth yw SEI? Cymaint o effaith ar fatris lithiwm! Wrth ddefnyddio'r batri, bydd y cynhyrchu nwy mewnol yn cynyddu'n raddol. Y rheswm yw bod diffyg amynedd yn yr electrolyt neu leithder gormodol yn y batri. Rhaid dileu'n ofalus am ddiffyg amynedd yn yr electrolyt. Gall rheoli lleithder annigonol gael ei achosi gan yr electrolyt ei hun, y pecynnu batri amhriodol, cyflwyno lleithder, a'r corneli. Yn ogystal, bydd gorryddhau, gordâl, camdriniaeth a chylched fer fewnol y batri hefyd yn cyflymu Cyflymder cynhyrchu nwy'r batri, gan achosi methiant batri.

Mewn gwahanol systemau, mae graddau'r chwyddo batri yn wahanol. Yn batri'r system amrwd graffit, prif achosion chwyddo nwy yw'r ffurfio ffilm SEI a grybwyllir uchod, lleithder gormodol yn y gell, y broses trosi cemegol annormal, deunydd pacio gwael, etc. , ac yn y system amrwd lithiwm, mae'r fflat batri yn fwy na graffit/ Mae system batri'r NCM yn llawer mwy difrifol. Yn ogystal â'r diffyg amynedd, lleithder a phroses yn yr electrolyt, rheswm arall sy'n wahanol i'r amrwd graffit yw na all ditanate lithiwm ffurfio ffilm SEI ar ei wyneb fel batri system amrwd graffit i atal ei adwaith o'r electrolyt. Yn ystod y broses o godi tâl a rhyddhau, mae'r electrolyt bob amser mewn cysylltiad uniongyrchol ag wyneb Li4Ti5O12, gan arwain at leihau a dadelfennu trydan yn barhaus ar wyneb deunydd Li4Ti5O12, a all fod yn achos sylfaenol fflat batri Li4Ti5O12. Prif elfennau'r nwy yw H2, CO2, CO, CH4, C2H6, C2H4, C3H8 ac yn y blaen. Pan fydd ditanate lithiwm yn cael ei drochi yn yr electrolyt yn unig, dim ond CO2 sy'n cael ei gynhyrchu. Ar ôl ei wneud yn batri gyda deunyddiau NCM, mae'r nwyon a gynhyrchir yn cynnwys H2, CO2, CO a swm bach o hydrocarbonau nwyol. Wrth godi tâl a rhyddhau, cynhyrchir H2, ac mae cynnwys H2 yn y nwy a gynhyrchir ar yr un pryd yn fwy na 50%. Mae hyn yn dangos y bydd nwy H2 a CO yn cael ei gynhyrchu yn ystod y broses codi tâl a rhyddhau.

LiPF6 sydd â'r cydbwysedd canlynol yn yr electrolyt:

Mae PF5 yn asid cryf, sy'n achosi dadelfennu carbonadau'n hawdd, ac mae swm y PF5 yn cynyddu gyda'r cynnydd yn y tymheredd. Mae PF5 yn helpu'r electrolyt i ddatgysylltu i gynhyrchu nwy CO2, CO a CxHy. Yn ôl astudiaethau cysylltiedig, daw'r genhedlaeth o H2 o ddŵr hybrin yn yr electrolyt, ond yn gyffredinol mae'r cynnwys dŵr yn yr electrolyt tua 20 metr 10-6, sy'n cyfrannu ychydig iawn at allbwn H2. Defnyddiodd Wu Kai o Brifysgol Shanghai Jiaotong graffit/NCM111 fel y batri yn ei arbrawf a daeth i'r casgliad mai ffynhonnell H2 yw dadelfennu carbonad o dan foltedd uchel. Ar hyn o bryd, mae tri ateb yn bennaf i atal fflatiau batris ditaniate lithiwm. Yn gyntaf, prosesu ac addasu deunyddiau amrwd LTO, gan gynnwys gwell dulliau paratoi ac addasu wyneb, ac ati; ail, datblygu electrolytau sy'n cyfateb i amrwd LTO, gan gynnwys ychwanegion , system Solvent; drydydd, gwella technoleg batri.