Milyen negatív hatással van az elégtelen elektrolit a lítium akkumulátorokra?

Az akkumulátoron belüli lítium{0}}ion szállításának központi közegeként az elektrolit kulcsfontosságú szerepet tölt be, mint „ionvezető”, „elektróda interfész védő” és „töltésátviteli híd”. A mennyiségét szigorúan az akkumulátor elektróda méretéhez, porozitásához és tokozási térfogatához kell igazítani az elektróda aktív anyagainak megfelelő nedvesítésének és a lítium{2}}ionok akadálytalan szállításának biztosítása érdekében. Az elégtelen elektrolit (az iparban "-elektrolit alatt") nem egyszerűen az elégtelen közeg kérdése; megzavarja az akkumulátor belső elektrokémiai egyensúlyát, és egy sor láncreakciót indít el, ami teljesítményromláshoz és biztonsági hibához vezet. A sérülések nagy része visszafordíthatatlan, és súlyosan befolyásolja az akkumulátor élettartamát és biztonságát. Az alábbi elemzés, amely az akkumulátorok tényleges működési elvein alapul, részletezi annak konkrét negatív hatásait és a mögöttes mechanizmusokat.

A könnyebb érthetőség érdekében először tisztázzuk az alapfeltevést: Az elektrolit fő funkciója a lítium-sók (pl. LiPF6, LiFSI stb.) feloldása, szabadon mozgó lítium-ionokat biztosítva, miközben egyidejűleg nedvesíti a pozitív és negatív elektródák aktív anyagait (például háromkomponensű anyagok, lítium-vas-szétválasztó, foszfát, stb.) elektróda/elektrolit interfész (SEI film, CEI film), amely hatékony és stabil lítium-ion transzportot biztosít a pozitív és negatív elektródák között.

Az elégtelen elektrolit legközvetlenebb és legintuitívabb hatása az, hogy az akkumulátor tényleges kisütési kapacitása lényegesen kisebb, mint a tervezett kapacitás, és ez a kapacitáscsökkenés visszafordíthatatlan, és a ciklusszám növekedésével folyamatosan romlik. A magmechanizmus abban rejlik, hogy a pozitív és negatív elektródák aktív anyagait az elektrolit nem tudja teljesen átnedvesíteni; csak kis mennyiségű felületaktív anyag tud részt venni a lítium-ion inszerciós/extrakciós reakciójában, míg nagy mennyiségű belső aktív anyag „tétlen” marad, és nem tud elektrokémiai aktivitást kifejteni.

Szerkezeti szempontból mind a pozitív, mind a negatív elektródák porózusak (a porozitás jellemzően 30% és 50% között van). Az elektrolitnak teljesen ki kell töltenie ezeket a pórusokat, hogy a lítium-ionok minden aktív részecskével érintkezzenek. Ha az elektrolit nem elegendő, a pórusokon belül nem tud folyamatos elektrolit fázis kialakulni, és a lítium-ionok csak korlátozott területen mozoghatnak az elektród felületén. Ez jelentősen csökkenti az elektrokémiai reakcióban részt vevő lítiumionok számát, megakadályozva a teljes tervezett kapacitás felszabadulását a kisülés során.

Ezenkívül alacsony-elektrolit állapotban az első töltés során néhány nedvesítetlen aktív anyag nem tud stabil felületi filmet kialakítani. Még az ezt követő elektrolit-utánpótlás esetén sem valószínű, hogy ezek az aktív anyagok visszanyerhetik aktivitásukat, ami visszafordíthatatlan kapacitáscsökkenéshez vezet, és megakadályozza, hogy a töltési ciklusokon keresztül visszaálljanak a tervezett értékre.

ACEY-BCT560-64PLítium akkumulátor kapacitásmérőtökéletes megoldás a lítium{0}}ion akkumulátorok teljesítményének tesztelésére és értékelésére. Ez a korszerű-korszerű--berendezés fejlett technológiával rendelkezik a különféle paraméterek, köztük a feszültség, az áramerősség, a hőmérséklet és egyebek pontos mérésére és elemzésére.

A lítium akkumulátor belső ellenállása alapvetően három részből áll: ohmos ellenállás, töltésátviteli ellenállás és diffúziós ellenállás. Az elégtelen elektrolit az utóbbi kettő jelentős növekedéséhez vezet, ami végső soron az akkumulátor teljes belső ellenállásának meredek növekedését okozza, ami viszont befolyásolja a töltés/kisütés hatékonyságát és a kimeneti teljesítményt.

Egyrészt megnövekedett töltésátviteli ellenállás: A töltésátviteli ellenállás főként az elektróda/elektrolit határfelületen jelentkezik, egy stabil felületi filmre és elegendő elektrolitra támaszkodva a töltésátvitelhez. Ha az elektrolit nem elegendő, az elektróda felülete nem nedvesedik megfelelően, és a felületi filmek (SEI film, CEI film) nem fedhetők le egyenletesen. Az elektróda felületén a lítium-ion behelyezésével/kivonásával szembeni ellenállás nő, ami lelassítja a töltésátvitelt és a töltésátviteli ellenállás exponenciális növekedését okozza. Másrészt megnövekedett diffúziós ellenállás: Az elektrolitban lévő lítium-ionok diffúziós sebessége közvetlenül összefügg az elektrolit folytonosságával és koncentrációjával. Az elektrolit elégtelensége egyenetlen elektrolitkoncentrációhoz vezet, és egyes területek még „elektrolit-mentes” üres területekké is válnak. A lítium-ionok diffúziós útja blokkolódik, a diffúziós távolság megnő, és a diffúziós ellenállás jelentősen megnő.

A ciklusteljesítmény a lítium akkumulátor élettartamának alapvető mutatója, amely arra utal, hogy az akkumulátor képes-e stabil kapacitást fenntartani az ismételt töltési{0}}kisütési ciklusok során. Az elégtelen elektrolit a ciklusteljesítmény éles romlásához vezet, és hajlamos olyan rendellenes jelenségekre, mint például a kapacitás hirtelen és jelentős csökkenése egyetlen ciklus után. Ez lényegében egy ördögi kör, amelyet a megnövekedett belső ellenállás okoz.

Mint korábban említettük, az elégtelen elektrolit megnövekedett belső ellenálláshoz vezet. A megnövekedett belső ellenállás alapvető következménye az akkumulátor töltése és kisütése során felerősödő helyi felmelegedés (a Q=I²Rt Joule-törvény szerint állandó áram mellett a nagyobb belső ellenállás több hőtermelést eredményez). A lokális túlmelegedés felgyorsítja az elektrolit bomlását-magas hőmérsékleten, az elektrolit redoxreakciókon megy keresztül, ami gázokat, például CO₂-t és HF-t, valamint inert anyagokat fejleszt, tovább fogyasztva a maradék elektrolitot, és még elégtelenebb elektrolithoz vezet. Ezzel egyidejűleg a magas hőmérséklet az elektróda/elektrolit interfész stabil filmjét is károsítja (a SEI film felszakad és újjáépül). A felszakadt SEI-fólia újra lítiumionokat és elektrolitot fogyaszt, hogy helyreállítsa magát, tovább növelve a töltésátviteli ellenállást.

Az "alacsony elektrolitszint → megnövekedett belső ellenállás → helyi felmelegedés → elektrolit bomlás → fokozott alacsony elektrolitszint" ördögi köre az akkumulátor kapacitásának folyamatos csökkenését okozza a kerékpározás során, és a csökkenés üteme felgyorsul. Amikor a ciklusok száma elér egy bizonyos szintet, a határfelületi film teljesen meghibásodik, vagy az elektrolit elfogy, jelentős kapacitáscsökkenés következik be. Ezen túlmenően az alacsony elektrolitszint a kapacitás gyenge konzisztenciájához is vezet az akkumulátor ciklusa során. A több-cellás sorozatú akkumulátorok esetében az alacsony elektrolitszintű cellák csökkennek először, így lerövidül a teljes akkumulátorcsomag teljesítménye és élettartama.

Az elégtelen elektrolit okozta hőtermelés kritikus kapcsolat a teljesítmény romlása és a biztonsági meghibásodás között. A hőtermelés főként két forrásból származik, amelyek kumulatív hatást fejtenek ki, ami abnormálisan magas akkumulátor-hőmérséklethez vezet, és potenciálisan korai hőkitörési kockázatot jelent.

• Katalitikus hőtermelés a belső ellenállás miatt

Mint korábban említettük, az elégtelen elektrolit a belső ellenállás meredek növekedéséhez vezet, ami jelentősen megnöveli a töltés és kisütés során keletkező Joule hőt. Továbbá az elégtelen elektrolit miatt a saját hőleadó képessége is csökken (az elektrolitnak bizonyos hőleadó funkciója is van, az elektródák által termelt hőt az akkumulátorházba vezeti).

• Rendellenes reakcióhőképződés

Az elégtelen elektrolit instabilitást okoz az elektróda interfész filmjében, és hajlamossá teszi a mellékreakciókra. Ez az akkumulátor burkolatának hőmérsékletének jelentős növekedésében nyilvánul meg töltés és kisütés közben (a normál töltési és kisütési hőmérséklet általában 20-45 fok, de az elégtelen elektrolit akkumulátorok hőmérséklete 50 fok fölé emelkedhet), különösen töltés közben, és néha még "érintésre is forróvá" válik. Ha az akkumulátor nagy sebességű töltés és kisütés alatt van, a hőképződés tovább fokozódik, potenciálisan meghaladva az elektrolit bomlási hőmérsékletét (általában 60 fok felett), ami felgyorsítja az elektrolit bomlását és az elektródák öregedését, ami potenciális biztonsági kockázatot jelent a későbbi meghibásodásokhoz. Ezenkívül a hosszan tartó hőképződés az akkumulátor burkolatának deformálódásához és a tömítőanyag elöregedéséhez vezethet, ami potenciálisan elektrolitszivárgást okozhat, és tovább ronthatja az akkumulátor állapotát.

ACEY-BCT506-512Hakkumulátortöltés-kisülés-vizsgáló berendezésa kézi munka helyett modern elektronikus felügyeleti és vezérlőeszközöket használ az elosztott akkumulátorképzés valós idejű -feszültségének, áramának, kapacitásának, energiájának, képződési állapotának és egyéb paramétereinek valós idejű monitorozására, hibák diagnosztizálására és kezelésére, releváns adatok rögzítésére és elemzésére, hogy a formázási folyamatban felügyelet nélküli és kötegelt feldolgozást valósítson meg, Számítógépes vezérlőszoftver a berendezések központosított felügyeletéhez és karbantartásához.

Ez az elégtelen elektrolit legsúlyosabb negatív hatása, amely közvetlenül befolyásolja az akkumulátor biztonságát, és az -elektrolitszegény akkumulátorok egyik elsődleges meghibásodási módja. A lítium bevonat fő oka: az elégtelen elektrolit a negatív elektróda rossz helyi nedvesedéséhez vezet, ami a SEI film egyenetlen kialakulását eredményezi. A lítium-ionok nem tudnak megfelelően beágyazódni a grafitrétegek közé, és csak fém lítiumot tudnak lerakni a negatív elektróda felületére (pl. "lítium bevonat"), ami közvetlen érintkezést okoz az akkumulátor belsejében lévő pozitív és negatív elektródák között, és belső rövidzárlatot vált ki.

Egy belső rövidzárlat azonnal nagy mennyiségű hőt termel, ami az akkumulátor hőmérsékletének meredek emelkedését okozza (azonnali 100 fok fölé), ami hőkieséshez vezet. A magas hőmérséklet az elektrolit heves lebomlását okozza, és nagy mennyiségű gyúlékony és robbanásveszélyes gázt (például CO és CH4) termel. Az akkumulátor belső nyomása meredeken megemelkedik, ami végül az akkumulátor burkolatának megrepedését és szivárgását okozza. Ha a gáz levegővel érintkezik, vagy ha a belső hőmérséklet eléri az elektrolit vagy az elektróda anyagok gyulladási pontját, meggyulladhat, sőt felrobbanhat. Továbbá, még belső rövidzárlat nélkül is, a lerakódott fém lítium reakcióba lép az elektrolittal, elektrolitot és lítium-ionokat egyaránt fogyasztva, ami tovább gyorsítja az akkumulátor teljesítményének romlását és biztonsági kockázatokat. A súlyosan elektrolithiányos akkumulátor szétszerelésekor akár közvetlenül a negatív elektróda felületén fémes lítiumlerakódások is megfigyelhetők, és az gyulladásra hajlamos.

A lítium akkumulátorok elégtelen elektrolitja nem "kis hiba", hanem belülről kifelé visszafordíthatatlan károkat okoz az akkumulátorban, ami befolyásolja a teljesítményt, az élettartamot és a biztonságot. Becsapódása "láncreakciós" karakterisztikát mutat: elégtelen elektrolit → nem megfelelő nedvesítés → akadályozott lítium-ion transzport → megnövekedett belső ellenállás → fokozott hőtermelés → elektrolit bomlás → romlik az elégtelen elektrolit → lítiumlerakódás → belső rövidzár → tűz és robbanás. A tényleges gyártás és felhasználás során a felhasznált elektrolit mennyiségét szigorúan ellenőrizni kell, jellemzően pontosan olyan paraméterek alapján kell kiszámítani, mint az elektródák porozitása és az akkumulátor térfogata, hogy elkerüljük az elégtelen elektrolitproblémákat.

Ha az akkumulátor hatótávolsága jelentősen csökken (a kapacitás csökkenése meghaladja a 20%-ot), abnormálisan felmelegszik a töltés és kisütés során, túl magas a töltési feszültség, túl alacsony a kisütési feszültség, vagy a kapacitása erősen csökken kerékpározás közben, az elégtelen elektrolitra utalhat. Az időben történő ellenőrzés és karbantartás kulcsfontosságú az akkumulátor további károsodásának vagy biztonsági eseményeinek elkerülése érdekében. A nagy akkumulátorcsomagok, például az akkumulátorok és az energiatároló akkumulátorok esetében az elégtelen elektrolit az egész rendszer stabilitását is befolyásolhatja, ami összpontosított figyelmet és megelőzést igényel.

Lépjen kapcsolatba most