Anàlisi de les causes de la inflamació de les bateries d'ió liti

Les bateries d'ió liti s'utilitzen àmpliament a causa de la seva llarga vida i alta capacitat. No obstant això, amb l'extensió del temps d'ús, els problemes d'inflor, el rendiment de seguretat insatisfactori i l'atenuació accelerada del cicle s'han tornat cada vegada més greus, la qual cosa ha provocat una anàlisi profunda i la supressió en la indústria de la bateria de liti. l'estudi. Basant-se en l'experiència experimental d'investigació i desenvolupament, l'autor divideix les causes de la inflamació de la bateria de liti en dues categories, una és la inflor causada pel canvi en el gruix de la peça del pol de la bateria; l'altre és la inflor causada per l'oxidació i descomposició d'electròlits per produir gas. En diferents sistemes de bateries, els principals factors per al canvi de gruix de la bateria són diferents. Per exemple, en la bateria del sistema d'ànode de titanat de liti, el principal factor d'inflor és la inflor d'aire; en el sistema d'ànode de grafit, el gruix de la peça de pol i la producció de gas afecten la inflor de la bateria. Juga un paper promocional.

1. Canvi en el gruix de la peça de pal d'elèctrode

Durant l'ús de bateries de liti, el gruix de les peces del pol de l'elèctrode canviarà en certa mesura, especialment l'elèctrode negatiu de grafit. Segons les dades existents, les bateries de liti són propenses a la inflor després de l'emmagatzematge i la circulació d'alta temperatura, i la taxa de creixement del gruix és d'aproximadament 6% a 20%. La taxa d'expansió de l'elèctrode positiu és només del 4%, i la taxa d'expansió de l'elèctrode negatiu és superior al 20%. La raó fonamental de la inflor causada per l'augment del gruix de la peça de pal de la bateria de liti és l'essència del grafit. El grafit d'elèctrode negatiu forma LiCx (LiC24, LiC12 i LiC6, etc.) quan s'insereix liti, i la gelosia canvia, resultant en la formació d'estrès intern microscòpic, causant que l'elèctrode negatiu produeixi Swell. La figura següent és un diagrama esquemàtic dels canvis estructurals de la peça de pol negatiu de grafit durant la col·locació, càrrega i descàrrega.

L'expansió de l'elèctrode negatiu de grafit és causada principalment per l'expansió irreversible després de la inserció de liti. Aquesta part de l'expansió està relacionada principalment amb la mida de les partícules, l'adhesiu i l'estructura de la peça de pols. L'expansió de l'elèctrode negatiu fa que el nucli es deformi, formant una cavitat entre l'elèctrode i el diafragma, formant micro-esquerdes en les partícules negatives d'elèctrode, trencant i reorganitzant la interfície d'electròlits sòlids (SEI), consumint l'electròlit, i deteriorant el rendiment del cicle. Hi ha molts factors que afecten el gruix de la peça de pol negatiu. Les propietats de l'adhesiu i els paràmetres d'estructura de la peça de pols són les dues més importants.

L'adhesiu d'ús comú per a elèctrodes negatius de grafit és SBR. Diferents adhesius tenen diferents mòduls elàstics i resistència mecànica, i tenen diferents efectes sobre el gruix de la peça de pal. La força de rodament després de la peça de pol està recoberta també afecta el gruix de la peça de pol negatiu en l'ús de la bateria. Sota el mateix estrès, com més gran sigui el mòdul elàstic de l'adhesiu, més petit serà el rebot de la peça de pol de la col·locació física; durant la càrrega, la gelosia de grafit s'expandeix a causa de la inserció de Li +; al mateix temps, a causa de la deformació de les partícules d'elèctrode negatiu i SBR, l'estrès intern és completament Release, fer que la taxa d'expansió negativa de l'elèctrode augmenti bruscament, SBR està en fase de deformació plàstica. Aquesta part de la taxa d'expansió està relacionada amb el mòdul elàstic i la força de ruptura de SBR, el que resulta en el major mòdul elàstic i la força de ruptura de SBR, més petita és l'expansió irreversible.

Quan la quantitat de SBR afegit és inconsistent, la pressió sobre la peça de pols durant el rodatge serà diferent. Diferents pressions provoquen una certa diferència en l'estrès residual generat per la peça de pol. Com més gran sigui la pressió, més gran serà l'estrès residual, la qual cosa condueix a l'expansió de l'emmagatzematge físic, l'estat elèctric complet i la taxa d'expansió de l'estat elèctric buit augmenta; com menys el contingut SBR, menor és la pressió durant el rodatge, menor és la taxa d'expansió de l'emmagatzematge físic, l'estat elèctric complet i l'estat elèctric buit en l'etapa inicial; l'expansió de l'elèctrode negatiu fa que el nucli es deformi i afecti l'elèctrode negatiu El grau d'inserció de liti i la taxa de difusió li + tenen un impacte greu en el rendiment del cicle de la bateria.

2. Inflor causada per la producció de gas de bateria

El gas generat a l'interior de la bateria és una altra causa important d'inflor de la bateria. Si la bateria s'emmagatzema a temperatura ambient, cicle d'alta temperatura, o alta temperatura, produirà diferents graus d'inflor i producció de gas. Segons els resultats actuals de la recerca, l'essència de la inflor cel·lular és causada per la descomposició de l'electròlit. Hi ha dos casos de descomposició d'electròlits. Una és que hi ha impureses en l'electròlit, com la humitat i les impureses metàl·liques, que fan que l'electròlit es descompon i produeixi gas. L'altre és que la finestra electroquímica de l'electròlit és massa baixa, la qual cosa provoca descomposició durant el procés de càrrega. Els dissolvents com EC, DEC, etc. generaran radicals lliures després d'obtenir electrons. La conseqüència directa de les reaccions radicals lliures és la producció d'hidrocarburs baixos, èsters, èters i CO2.

Un cop muntada la bateria de liti, es generarà una petita quantitat de gas durant el procés de pre-formació. Aquests gasos són inevitables i també són la font de l'anomenada pèrdua irreversible de capacitat de la bateria. Durant el primer procés de càrrega i descàrrega, després que els electrons arribin a l'elèctrode negatiu del circuit extern, se sotmetran a una reacció de reducció d'oxidació amb l'electròlit a la superfície d'elèctrode negatiu per generar gas. Durant aquest procés, sei es forma sobre la superfície de l'elèctrode negatiu de grafit. A mesura que augmenta el gruix de la SEI, els electrons no poden penetrar i inhibir l'oxidació contínua i la descomposició de l'electròlit. Per a la formació de SEI, vegeu l'article: Productes secs | Què és la SEI? Tant impacte en les bateries de liti! Durant l'ús de la bateria, la producció interna de gas anirà augmentant gradualment. La raó és que hi ha impureses en l'electròlit o humitat excessiva a la bateria. Les impureses en l'electròlit s'han de treure acuradament. El control inadequat de la humitat pot ser causat per l'electròlit en si, l'envasament de bateries indegut, la introducció de la humitat i el trencament de les cantonades. A més, la sobrecàrrec de la bateria, la sobredescàrrec, l'abús i el curt circuit intern també acceleraran la velocitat de producció de gas de la bateria, causant una fallada de la bateria.

En diferents sistemes, el grau d'inflor de la bateria és diferent. En la bateria del sistema d'ànode de grafit, les principals causes de la inflor de gas són l'esmentada formació de pel·lícules SEI, la humitat excessiva a la cèl·lula, el procés de conversió química anormal, l'envasament pobre, etc., mentre que en el sistema d'ànode de titanat de liti, la flatulència de la bateria és més que grafit / El sistema de bateries NCM és molt més greu. A més de les impureses, la humitat i el procés en l'electròlit, una altra raó diferent de l'ànode de grafit és que el titanat de liti no pot formar una pel·lícula sei en la seva superfície com una bateria del sistema d'ànode de grafit per inhibir la seva La reacció de l'electròlit. Durant el procés de càrrega i descàrrega, l'electròlit sempre està en contacte directe amb la superfície de Li4Ti5O12, resultant en la reducció contínua i descomposició de l'electricitat a la superfície del material Li4Ti5O12, que pot ser la causa principal de la flatulència de la bateria Li4Ti5O12. Els components principals del gas són H2, CO2, CO, CH4, C2H6, C2H4, C3H8 i així successivament. Quan el titanat de liti està immers en l'electròlit sol, només es produeix CO2. Després de convertir-se en una bateria amb materials NCM, els gasos produïts inclouen H2, CO2, CO i una petita quantitat d'hidrocarburs gasosos. Durant la càrrega i descàrrega, es produeix H2, i el contingut d'H2 en el gas produït al mateix temps supera el 50%. Això indica que el gas H2 i CO es generarà durant el procés de càrrega i descàrrega.

LiPF6 té el següent equilibri en l'electròlit:

PF5 és un àcid fort, que causa fàcilment la descomposició dels carbonats, i la quantitat de PF5 augmenta amb l'augment de la temperatura. PF5 ajuda a l'electròlit a descompondre's per produir CO2, CO i gas CxHy. Segons estudis relacionats, la generació d'H2 prové de l'aigua traça en l'electròlit, però el contingut d'aigua en l'electròlit és generalment d'uns 20 × 10-6, el que contribueix molt poc a la sortida de H2. Wu Kai de la Universitat Jiaotong de Xangai va utilitzar grafit / NCM111 com la bateria en el seu experiment i va arribar a la conclusió que la font de H2 és la descomposició del carbonat sota alta tensió. En l'actualitat, hi ha principalment tres solucions per inhibir la flatulència de les bateries de titanat de liti. En primer lloc, el processament i modificació de materials d'ànode LTO, incloent mètodes de preparació millorats i modificació de superfícies, etc.; en segon lloc, el desenvolupament d'electròlits que coincideixen amb els ànodes LTO, incloent additius, sistema de dissolvent; en tercer lloc, millorar la tecnologia de la bateria.