Miért duzzadnak a tasaksejtek?

Számos oka lehet annak, hogy a tasak{0}}típusú lítium-akkumulátorok megduzzadnak. Kísérleti K+F tapasztalatok alapján a duzzanat okai három típusba sorolhatók: egyrészt az akkumulátor elektródalapjainak kerékpározás közbeni tágulása által okozott vastagságnövekedés; másodszor, az elektrolit oxidatív bomlásából származó gázképződés okozta duzzanat; és harmadszor a gyártási hibák okozta duzzanat, például a nedvesség behatolása a rossz tömítés vagy a cellasarkok sérülése miatt.

Az akkumulátor vastagságának változását előidéző ​​domináns tényezők a különböző akkumulátor-kémiai anyagoktól függően változnak. Például a lítium-titanát (LTO) anódokat használó akkumulátorokban a gázképződés a duzzanat elsődleges oka; ezzel szemben a grafit anóddal ellátott akkumulátorok esetében mind az elektródalap tágulása, mind a gázképződés hozzájárul a duzzadáshoz.

Beszélgetés a grafit anód tágítását befolyásoló tényezőkről és mechanizmusokról

A lítium-{0}}ion akkumulátorok töltése során a cella vastagságának növekedése elsősorban az anód tágulásának tulajdonítható; a katód tágulási sebessége mindössze 2-4%. Az anódok jellemzően grafitból, kötőanyagból és vezető szénből állnak, maga a grafitanyag pedig körülbelül 10%-os tágulási rátát mutat. A grafit anódok tágulási sebességét befolyásoló kulcstényezők közé tartozik a SEI (Solid Electrolyte Interphase) filmképződés, a töltöttségi állapot (SOC), a folyamat paraméterei és egyéb változók.

(1) SEI Film Formation
A lítium-akkumulátor kezdeti töltési-kisütési ciklusa során redukciós reakció megy végbe az elektrolit és a grafitrészecskék között a szilárd-folyadék határfelületén, és passzivációs réteget (SEI filmet) képez az elektróda anyagán. A SEI film kialakulása az anódvastagság jelentős növekedéséhez vezet, ami hozzájárul a cellavastagság összességében körülbelül 4%-os növekedéséhez. A hosszú távú ciklusok során a grafit fizikai szerkezete és fajlagos felülete egy dinamikus folyamatot befolyásol, amely magában foglalja a meglévő SEI felbomlását és új SEI kialakulását; például a pelyhes grafit nagyobb tágulási sebességet mutat, mint a gömbgrafit.

(2) Töltési állapot (SOC)
A ciklusos folyamat során a grafit anód térfogatának bővülése erős periodikus funkcionális kapcsolatot mutat a cella SOC-jával. Pontosabban, a térfogat fokozatosan növekszik, ahogy a lítium-ionok beépülnek a grafitba (növekszik a sejt SOC-ja); fordítva, amikor a lítium-ionok de{1}}interkalálódnak a grafitos anódból, a cella SOC-ja csökken, és ennek megfelelően csökken a grafit anód térfogata.

(3) Folyamatparaméterek
Ami a folyamat paramétereit illeti, a tömörítési sűrűség jelentősen befolyásolja a grafit anódot. Az elektródalap hidegsajtolása során jelentős nyomófeszültség alakul ki a grafit anód bevonórétegen belül; ezt a stresszt nehéz teljes mértékben enyhíteni a következő lépések során, mint például a magas hőmérsékleten történő sütés során. A töltési-kisülési ciklus során a lítium-ionok interkalációja/de-interkalációja és a kötőanyag elektrolit-indukált duzzadása a bevonaton belüli feszültség felszabadulását idézi elő, ami fokozott táguláshoz vezet. Ezenkívül a tömörítési sűrűség határozza meg az üreg térfogatát az anódbevonatban. A nagy űrtartalom hatékonyan alkalmazkodik az elektródalap tágulásához.

Ezzel szemben, ha az üres térfogat kicsi, nincs elegendő hely a tágulás elnyeléséhez; következésképpen a tágulás kifelé kényszerül, ami az anódlemez teljes térfogatának növekedésében nyilvánul meg.

(4) Egyéb tényezők
Az anód tágulását befolyásoló egyéb tényezők közé tartozik a kötőanyag tapadási szilárdsága (különösen a kötőanyag, a grafitrészecskék, a vezetőképes szén és az áramgyűjtő közötti határfelületi tapadás), a töltés{0}}kisülési sebessége, a kötőanyag duzzadási viselkedése az elektrolitban, az elektrolit alakja és tömítési sűrűsége, valamint a részecske-kötőanyagból származó grafit térfogatnövekedése kerékpározás.

Az Acey New Energy a lítium{0}}ion akkumulátorokhoz használható csúcskategóriás berendezések kutatására és gyártására specializálódott. Egyablakos-megoldást tudunk biztosítani laboratóriumi-méretekbenakkumulátor gyártósorhengeres elemhez, érmeelemhez, tasakelemhez

Az akkumulátoron belüli gázképződés a duzzanat másik fő oka.

Az akkumulátorok különböző mértékű gázképződést és duzzanatot tapasztalnak szoba- vagy magas hőmérsékleten való kerékpározás során, valamint magas{0}}hőmérsékletű tárolás során.

A kezdeti töltési{0}}kisütési ciklus során az elektróda felületén szilárd elektrolit interfázis (SEI) film képződik. A SEI (Solid Electrolyte Interphase) réteg kialakulása az anódon elsősorban az EC (etilén-karbonát) reduktív bomlásának eredménye; az alkil-lítium és a Li2CO3 keletkezése jelentős mennyiségű CO és C2H4 képződésével jár együtt. Az olyan oldószerek, mint a DMC (dimetil-karbonát) és az EMC (etil-metil-karbonát) szintén hozzájárulnak a filmképződéshez, RLiCO3-t és ROLi-t eredményezve olyan gázok mellett, mint a CH4, C2H6, C3H8 és CO. A PC (propilén-karbonát)-alapú elektrolitokban a gáztermelés relatíve magasabb a PC3-ból, elsősorban a 8 redukció miatt. A LiFePO4 tasakcellák esetében a gázduzzadás a legsúlyosabb a kezdeti 0,1 C-os töltési ciklus befejezése után.

Nyilvánvaló, hogy a SEI képződést elkerülhetetlenül jelentős mennyiségű gáz képződése kíséri. A H2O-szennyeződések destabilizálják a P-F-kötéseket a LiPF6-ban, ami HF képződéséhez vezet; ez destabilizálja az akkumulátorrendszert és gázt termel. A túlzott H2O Li+ ionokat fogyaszt, LiOH, LiO2 és H2 keletkezik, ami szintén gázfejlődést eredményez. Gázképződés a tárolás és a hosszan tartó töltési{10}}kisütés során is előfordul; zárt lítium{11}}ion akkumulátorokban a jelentős mennyiségű gáz felhalmozódása megduzzad, ami rontja az akkumulátor teljesítményét és lerövidíti az élettartamát. A tárolás során keletkező gázképződés elsődleges okai a következők:

(1) Az akkumulátorrendszerben jelenlévő H2O HF képződéshez vezet, ami károsítja a SEI réteget. A rendszerben lévő oxigén (O2) oxidálhatja az elektrolitot, ami nagy mennyiségű CO2 képződését eredményezheti;
(2) Ha a kezdeti aktiválás (képződés) során kialakult SEI réteg instabil, a tárolás során lebomolhat; a SEI réteg ezt követő javítása során elsősorban szénhidrogénekből álló gázok szabadulnak fel. A hosszú távú töltési-kisülési ciklus során a katód anyagának kristályszerkezetében bekövetkezett változások és az elektróda felületén az egyenetlen potenciáleloszlás-helyesen nagy potenciálokat okozhatnak. Ez csökkenti az elektrolit stabilitását az elektród határfelületén; a felületi film folyamatos vastagodása növeli a határfelületi ellenállást, tovább növelve a reakciópotenciált. Ez beindítja az elektrolit bomlását és gázképződést, miközben maga a katód anyaga is gázt bocsáthat ki.

Az elemek a kémiai rendszerüktől függően eltérő mértékben duzzadnak. A grafit anódokat használó akkumulátorokban a gázképződés és duzzadás elsődleges okai a -amint korábban említettük-SEI-réteg képződése, a cellán belüli túlzott nedvességtartalom, a képződési folyamat rendellenességei és a rossz tömítés. Ezzel szemben a lítium-titanát (LTO) anódrendszeren belül az ipar a Li4Ti5O12 akkumulátorok gázképződését általában az anyag nedvességelnyelő képességének tulajdonítja, bár nincs egyértelmű bizonyíték ennek a hipotézisnek a megerősítésére.

1. Rossz tömítés:A tömítési hibák okozta duzzadt sejtek előfordulása jelentősen csökkent. Hibák bármely tömítési oldalon előfordulhatnak, a felső tömítés és a gáztalanító tömítések jelentik a leggyakoribb problémás területeket; A felső tömítési problémák általában a fül területét érintik, míg a gáztalanítási problémák gyakran a rétegvesztést. A rossz tömítés lehetővé teszi a légköri nedvesség bejutását a cellába, ami elektrolit lebomlást és gázképződést vált ki.

2. A tasak felületének sérülése:A gyártósor áramlása során a tasakban véletlenül vagy{0}}ember által okozott sérülések keletkezhetnek (például lyukak), így a nedvesség behatolhat a cella belsejébe.

3. Sarok sérülése:A behajtott sarkoknál az alumíniumréteg specifikus deformációja miatt a gázzsák mozgása elcsavarhatja a sarkot, károsíthatja az alumíniumot (a nagyobb gázzsákos nagyobb cellák hajlamosabbak erre), és veszélyezteti a nedvességzárót. Kreppszalag vagy forró{1}}olvadékragasztó felhelyezése a sarkokra segíthet csökkenteni ezt a kockázatot. Ezenkívül tilos a cellákat a gázzsáknál fogva a felső lezárás után kezelni; különösen ügyelni kell a működés során, hogy megakadályozzuk a sejtek kilengését az öregedő állványokon.

4. Túlzott belső nedvességtartalom:Ha a nedvesség szintje meghaladja a határértékeket, az elektrolit lebomlik, ami gázképződéshez vezet a képződés vagy a gáztalanítás után. A túlzott belső nedvesség elsődleges okai a következők: magas nedvességtartalom az elektrolitban, magas nedvességtartalom a csupasz cellában sütés után, és túlzott páratartalom a száraz helyiségben. Ha feltételezhető, hogy túlzott nedvesség okozza a duzzanatot, a folyamat nyomon követhetőségi ellenőrzése elvégezhető.

5. Képződési folyamat anomáliák:A helytelen képződési eljárások sejtduzzadáshoz vezethetnek.

6. Instabil SEI réteg:Enyhe duzzanat fordulhat elő a töltési-kapacitásteszt kisütési ciklusai során. 7. Túltöltés/Túltöltés-kisütés: A folyamat, a berendezés vagy a védőáramköri lap (PCB) meghibásodása miatt az akkumulátorcella túltöltésen vagy túlzott kisülésen megy keresztül, ami súlyos duzzanatot (gázképződést) eredményez.

8. Rövidzárlat:Az éles cellafülek közötti érintkezést okozó működési hibák rövidzárlatot okoznak; a cella megduzzad, a feszültség gyorsan csökken, és a fülek elszenesednek.

9. Belső rövidzárlat:Az anód és a katód közötti rövidzárlat a cellán belül gyors kisülést és hőképződést okoz, amelyet súlyos duzzanat kísér. Az okok közé tartoznak a tervezési hibák; a szeparátor zsugorodása, hullámosodása vagy sérülése; a bi-cellák eltolódása; sorja kilyukasztotta az elválasztót; túlzott nyomás a készülékben; vagy túlzott-tömörítést a hegesztőgéppel Például az elégtelen szélesség és a cellatest túlzott összenyomása a hőszigetelő gép által

10. Korrózió:A cella korróziója felemészti az alumíniumréteget, tönkreteszi annak nedvességzáró funkcióját, és duzzadáshoz vezet.

11. Rendellenes vákuumos gáztalanítás:A rendszer vagy a berendezés problémái nem megfelelő vákuumszintet vagy hiányos gáztalanítást eredményeznek. Például, ha a vákuumzárás során a hősugárzási zóna túl nagy, előfordulhat, hogy a gáztalanító átszúró szerszám nem tudja hatékonyan átszúrni a tasakot, ami tökéletlen gázelszívást eredményez.

A rendellenes gázképződés visszaszorítása megköveteli az anyagtervezési és a gyártási folyamatok kezelését.

Első,Az anyag- és elektrolitrendszereket optimalizálni kell, hogy biztosítsák a sűrű, stabil szilárd elektrolit interfázisú (SEI) film kialakulását, javítsák a katódanyag stabilitását és megakadályozzák a rendellenes gázképződést.

Ami az elektrolitkezelést illeti, kis mennyiségű filmképző adalékot{0}} gyakran használnak a SEI film egyenletesebbé és sűrűbbé tételéhez. Ez csökkenti a SEI-fólia leválása és regenerációja által okozott gázképződést az akkumulátor használata során, ezáltal mérsékli a duzzanatot; az ilyen módszereket kutatások dokumentálták és a gyakorlatban is alkalmazták.

A kutatások azt mutatják, hogy az EC (etilén-karbonát) és VC (vinilén-karbonát) által alkotott SEI filmkomponensek lineáris lítium-alkil-karbonátokból állnak. Magas hőmérsékleten a lítium-alkil-karbonátok a lítium-szénhez (LiC) kapcsolódnak instabilak, és lebomlanak, és gázok (például CO2) keletkeznek, ami az akkumulátor duzzadásához vezet. A PS által alkotott SEI film lítium-alkil-szulfonátból áll; bár a fólia tartalmaz hibákat, van egy bizonyos kétdimenziós szerkezete, és viszonylag stabil marad a LiC felületén még magas hőmérsékleten is. Ha a PS-t és a VC-t kombinációban használják, a PS hibás kétdimenziós szerkezetet képez az anód felületén alacsonyabb feszültségeknél; a feszültség emelkedésével a VC lineáris -strukturált lítium-alkil-karbonátot képez, amely kitölti a két-dimenziós szerkezet hibáit, ami stabil, hálózatos-strukturált SEI-filmet eredményez a LiC-n. Az ilyen típusú SEI filmszerkezet jelentősen növeli a stabilitást és hatékonyan gátolja a film bomlása által okozott gázképződést.

Továbbá,a lítium-kobalt-oxid katód anyaga és az elektrolit közötti kölcsönhatások bomlástermékekhez vezetnek, amelyek katalizálják az elektrolit oldószerek lebomlását. Következésképpen a katódanyag felületi bevonatának felvitele nemcsak a szerkezeti stabilitást javítja, hanem minimálisra csökkenti a katód és az elektrolit közötti érintkezést is, ezáltal csökkentve a katód katalitikus bomlási aktivitása által kiváltott gázképződést. Ezért a stabil, sértetlen bevonatréteg kialakulása a katódanyag-részecskék felületén a jelenlegi fejlődés fő irányát jelenti.

Acey New Energyaz ESS-ben, UAV-ban, E-kerékpárban, E-robogóban, elektromos kéziszerszámokban, két-/háromkerekű járművekben stb. használt lítium-akkumulátorok félig-automata/teljesen{2}}automatikus összeszerelő soraira specializálódott egy-megoldások nyújtására. Ha új lítium- vagy lítium- vagy lítium-akkumulátort szeretne gyártani az iparágban. lítium-ionakkumulátorcsomag-összeszerelő sor, professzionális technikai támogatást és útmutatást tudunk nyújtani, kérjük, forduljon hozzánk bizalommal!

Lépjen kapcsolatba most