Влияние на съдържанието на влага върху работата на батерията

Има много фактори, които оказват влияние върху работата на литиевите батерии, като например вида на материала, плътността на уплътняване на положителните и отрицателните електроди, влагата, повърхностната плътност на покритието и количеството електролит. Сред тях влагата има жизненоважно влияние върху работата на литиево-йонните батерии. Влагата е ключов фактор, който трябва да бъде строго контролиран по време на производствения процес на литиево-йонни батерии. Прекомерната влага може не само да причини разграждането на литиеви соли в електролита и да причини увреждане на положителните и отрицателните материали. на батерията. Въпреки това, следите от влага имат важно значение. По-долу се описва въздействието на влагата върху работата на литиевите батерии.

1. Недостатъците на прекомерната влага

В производствения процес на трикомпонентната / графитна система батерията при приготвянето на суспензия от положителни електроди обикновено се използва дисперсионна система на маслена основа, като PVDF се използва като свързващо вещество и NMP като разтворител. Когато PVDF срещне прекомерна влага, той образува желатиново вещество, което води до лоша течливост и изравняване на суспензията, което не е благоприятно за покритието на суспензията. Следователно, когато се приготвя кашата, трябва да се обърне внимание на съдържанието на влага в суровините, работната среда и въвеждането на влага по време на работа на персонала.

Освен че има огромно въздействие върху приготвянето на суспензия от литиеви батерии, прекомерната влага ще доведе до разлагането на електролита. Отговорът е следният:

Флуороводородната киселина е особено корозивна киселина, която може да причини сериозни щети на положителните и отрицателните електродни материали и токосъбирачите на литиеви батерии и в крайна сметка да доведе до проблеми с безопасността на батериите.

2. Значението на следната вода

Не е обаче, че по-малко вода е по-добра в литиевите батерии. Както всички знаем, твърдият електролитен интерфейс (известен като SEI мембрана) е селективна пропусклива мембрана, която позволява Li + да преминава свободно, но електролитните молекули не могат да преминат. Съставът на електролита и следовите добавки оказва значително влияние върху потенциала на образуването на SEI филм, степента на компактност, необратимата загуба на капацитет на батерията и вътрешното съпротивление на батерията. Водата като следов компонент в електролита има определено влияние върху образуването на SEI филм и производителността на батерията на литиево-йонните батерии.

Трето, въздействието на влагата върху работата на литиевите батерии

В различните материални системи съдържанието на влага оказва голямо влияние върху работата на батерията. Това, което обаче остава непроменено, е, че влагата влияе върху капацитета за първо зареждане и разреждане, вътрешното съпротивление, живота на батерията и обема на батерията на литиевите батерии. Да вземем за пример литиево-кобалтовия оксид / графитна батерия.

1. Въздействие върху първия капацитет на зареждане и разреждане

Влагата е свързана с образуването на SEI в литиевите батерии и неизбежно ще повлияе на първата необратима загуба на капацитет на литиевите батерии. Както е показано на фигура 1:

Фигура 1. Влиянието на съдържанието на влага върху заряда и капацитета на разреждане на батерията

Когато влагата в батерията е по-малка от 0,015%, първият разряден капацитет на батерията отговаря на националния стандарт и промяната е малка; когато влагата на батерията е в диапазона от 0,015% до 0,04%, първият разряден капацитет на батерията намалява с увеличаване на влагата в батерията. Когато съдържанието на влага в батерията е по-малко от 0,015%, доминират следните реакции.

Литиевият алкил карбонат, генериран от едноелектронния редукционен процес, също може да реагира с следи от вода в електролита, за да генерира литиев карбонат.

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

Когато се генерира CO2, на повърхността на отрицателния електрод възниква нова химическа реакция с нисък потенциал:

2CO2+2Li+ +2e → Li2CO3 +CO

Вижда се, че подходящо количество вода ще помогне да се образува стабилен, еднороден и плътен SEI филм, доминиран от Li2CO3. Когато филмът SEI напълно покрие отрицателния електрод, необратимата реакция спира незабавно.

Когато съдържанието на влага е в границите от 0,0150% до 0,04%, консумацията на литиеви йони се увеличава и капацитетът на зареждане и разреждане на батерията намалява, което има отрицателно въздействие върху нея.

2. Въздействие върху вътрешното съпротивление на батерията

Вътрешното съпротивление на батерията е един от най-важните характеристични параметри на батерията. Това е важен параметър, който характеризира жизнения цикъл и работното състояние на батерията и е основният индикатор за трудността на транспортирането на йони и електрони в батерията. Вътрешното съпротивление се влияе главно от фактори като батерийни материали, производствени процеси и структура на батерията. Колкото по-малко е вътрешното съпротивление, толкова по-малко е напрежението, заето при изтощаване на батерията, и толкова повече енергия може да изведе. За батерии, съхранявани за дълго време, вътрешното съпротивление ще се увеличи с увеличаване на времето за съхранение и работата на батерията ще бъде силно засегната, когато вътрешното съпротивление надвиши определена стойност. Тъй като съдържанието на влага оказва влияние върху качеството на SEI филма в литиева батерия, въвеждането влияе върху вътрешното съпротивление на батерията.

В системата за електролитни разтворители EC / DMC / EMC следи от количество вода могат да образуват стабилен, еднороден и плътен SEI филм на основата на Li2CO3 с ниско вътрешно съпротивление. Когато съдържанието на влага е повече от необходимото съдържание на системата за образуване на SE I филм, POF3 и LiF се утаяват на повърхността на SEI филма, което води до увеличаване на вътрешното съпротивление на батерията. както е показано на снимка 2:

Фигура 2. Влиянието на съдържанието на влага върху вътрешното съпротивление на батерията

3. Въздействие върху влошаването на капацитета на батерията

Съдържанието на влага влияе върху свойствата на SEI филма на батерията, като еднородност и компактност. Когато филмът SE I е еднороден и плътен, електролитният разтворител не е лесен за вграждане в отрицателния електрод, заемайки свободната позиция за вмъкване на Li +, така че има малко влошаване на капацитета. Напротив, когато частта от SEI филма не е плътна или еднородна, е относително лесно свободните места за вмъкване на Li + да бъдат заети от електролитния разтворител. Li2CO3 е най-важният компонент за образуване на еднороден и плътен SEI филм. В електролитната система EC / DMC / EMC, подходящо количество вода може да стимулира образуването на SEI филм на базата на Li2CO3. Когато съдържанието на влага е достатъчно или прекомерно, се образува SEI Колкото по-плътен и еднороден е филмът, толкова по-малка е вероятността за вграждане на разтворител във въглеродния анод. Това е причината, поради която затихването на капацитета на батерията постепенно намалява с увеличаване на съдържанието на влага, когато влагата е в диапазона от 0,015% до 0,04%. Когато съдържанието на влага е по-малко от 0,015%, на повърхността на отрицателния електрод се образува по-плътен SEI филм, за да се поддържа вграждането на разтворителя в равновесно състояние. Следователно намаляването на капацитета на батерията се поддържа в относително стабилно състояние.

Фигура 3. Влияние на съдържанието на влага върху скоростта на разпадане на капацитета на батерията

4. Въздействие върху дебелината на батерията

Фигура 4. Влияние на съдържанието на влага върху дебелината на батерията

От фигурата се вижда, че с увеличаване на съдържанието на влага дебелината на батерията също се увеличава. Когато съдържанието на влага се дължи на CO2, CO и други газове, образувани по време на образуването на SEI филма. И когато водата е прекомерна, излишната вода ще продължи да реагира с LiPF6, за да произведе HF газ. Вътрешното производство на газ на батерията е свързано с безопасността на батерията. За да се избегнат сериозни проблеми с метеоризма в батерията, водата в батерията трябва да бъде строго контролирана.

препратки:

[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). Батерия B месечно (батерия) [J], 2001, 31 (6): 290

[3] Zhang Hailin, He Xiangyun, Li Yan, et al. Влиянието на влагата на електродите върху работата на литиево-йонните батерии ［J］. Индустрия на батерии, 2013, 18 (1/2): 44-46.