Sebagai medium teras untuk pengangkutan ion litium-dalam bateri, elektrolit memainkan peranan penting sebagai "konduktor ion", "pelindung antara muka elektrod" dan "jambatan pemindahan cas." Kuantitinya mesti dipadankan dengan ketat dengan saiz elektrod bateri, keliangan dan isipadu enkapsulasi untuk memastikan pembasahan bahan aktif elektrod dan laluan pengangkutan litium-yang tidak terhalang yang mencukupi. Elektrolit yang tidak mencukupi (dirujuk dalam industri sebagai "di bawah-elektrolit") bukan sekadar masalah medium yang tidak mencukupi; ia mengganggu keseimbangan elektrokimia dalaman bateri, mencetuskan satu siri tindak balas rantai yang membawa kepada kemerosotan prestasi dan kegagalan keselamatan. Kebanyakan kerosakan ini tidak dapat dipulihkan, memberi kesan teruk kepada hayat perkhidmatan dan keselamatan bateri. Analisis berikut, berdasarkan prinsip kerja sebenar bateri, memperincikan kesan negatif khusus dan mekanisme asasnya.
Untuk memudahkan pemahaman yang jelas, mari kita jelaskan premis teras terlebih dahulu: Fungsi teras elektrolit adalah untuk melarutkan garam litium (seperti LiPF6, LiFSI, dsb.), menyediakan ion litium yang bergerak bebas, sambil membasahi bahan aktif elektrod positif dan negatif (seperti bahan ternary, fosfat besi litium, fosfat besi litium, dan lain-lain yang boleh dibina) antara muka (filem SEI, filem CEI), memastikan pengangkutan ion litium yang cekap dan stabil antara elektrod positif dan negatif.
I. Penurunan Kapasiti Ketara (Kapasiti Rendah)
Kesan paling langsung dan intuitif daripada elektrolit yang tidak mencukupi ialah kapasiti nyahcas sebenar bateri adalah jauh lebih rendah daripada kapasiti reka bentuk, dan penurunan kapasiti ini tidak dapat dipulihkan, terus bertambah buruk dengan peningkatan kiraan kitaran. Mekanisme teras terletak pada fakta bahawa bahan aktif elektrod positif dan negatif tidak dapat dibasahi sepenuhnya oleh elektrolit; hanya sejumlah kecil bahan aktif permukaan boleh mengambil bahagian dalam tindak balas pemasukan/pengekstrak ion litium, manakala sejumlah besar bahan aktif dalaman kekal "terbiar" dan tidak boleh melakukan aktiviti elektrokimia.
Dari perspektif struktur, kedua-dua elektrod positif dan negatif adalah berliang (dengan keliangan biasanya antara 30% dan 50%). Elektrolit mesti mengisi sepenuhnya liang-liang ini untuk membolehkan ion litium menghubungi setiap zarah aktif. Jika elektrolit tidak mencukupi, fasa elektrolit berterusan tidak boleh terbentuk di dalam liang, dan ion litium hanya boleh bergerak dalam kawasan terhad pada permukaan elektrod. Ini dengan ketara mengurangkan bilangan ion litium yang mengambil bahagian dalam tindak balas elektrokimia, menghalang pembebasan kapasiti reka bentuk penuh semasa nyahcas.
Tambahan pula, dalam keadaan elektrolit-rendah, semasa pengecasan pertama, sesetengah bahan aktif yang tidak dibasahi tidak boleh membentuk filem antara muka yang stabil. Walaupun dengan penambahan elektrolit yang seterusnya, bahan aktif ini tidak mungkin akan kembali aktif, yang membawa kepada pereputan kapasiti yang tidak dapat dipulihkan dan menghalang pemulihan kepada nilai reka bentuk melalui kitaran pengecasan.
ACEY-BCT560-64PPenguji Kapasiti Bateri Litiumialah penyelesaian yang sempurna untuk menguji dan menilai prestasi bateri-ion litium. Peralatan-keadaan-the-ini menampilkan teknologi canggih untuk mengukur dan menganalisis pelbagai parameter dengan tepat termasuk voltan, arus, suhu dan banyak lagi.
II. Peningkatan mendadak dalam Rintangan Dalaman Bateri
Rintangan dalaman bateri litium terutamanya terdiri daripada tiga bahagian: rintangan ohmik, rintangan pemindahan cas dan rintangan resapan. Elektrolit yang tidak mencukupi membawa kepada peningkatan ketara dalam dua yang terakhir, akhirnya menyebabkan peningkatan mendadak dalam jumlah rintangan dalaman bateri, yang seterusnya menjejaskan kecekapan pengecasan/nyahcas dan prestasi output.
Di satu pihak, peningkatan rintangan pemindahan cas: Rintangan pemindahan cas terutamanya berlaku pada antara muka elektrod/elektrolit, bergantung pada filem antara muka yang stabil dan elektrolit yang mencukupi untuk pemindahan cas. Apabila elektrolit tidak mencukupi, permukaan elektrod tidak dibasahi secukupnya, dan filem antara muka (filem SEI, filem CEI) tidak boleh ditutup secara seragam. Rintangan terhadap kemasukan/pengeluaran ion litium pada permukaan elektrod meningkat, memperlahankan pemindahan cas dan menyebabkan rintangan pemindahan cas meningkat secara eksponen. Sebaliknya, peningkatan rintangan resapan: Kadar resapan ion litium dalam elektrolit secara langsung berkaitan dengan kesinambungan dan kepekatan elektrolit. Elektrolit yang tidak mencukupi membawa kepada kepekatan elektrolit yang tidak sekata, malah sesetengah kawasan menjadi kawasan kosong "bebas elektrolit-". Laluan resapan ion litium disekat, jarak resapan menjadi lebih panjang, dan rintangan resapan meningkat dengan ketara.
III. Prestasi Kitaran yang Merosot Dengan ketara
Prestasi kitaran ialah penunjuk teras jangka hayat bateri litium, merujuk kepada keupayaan bateri untuk mengekalkan kapasiti yang stabil semasa kitaran nyahcas-berulang. Elektrolit yang tidak mencukupi membawa kepada kemerosotan mendadak dalam prestasi kitaran dan terdedah kepada fenomena yang tidak normal seperti penurunan mendadak dan ketara dalam kapasiti selepas satu kitaran. Ini pada asasnya adalah kitaran ganas yang disebabkan oleh peningkatan rintangan dalaman.
Seperti yang dinyatakan sebelum ini, elektrolit yang tidak mencukupi membawa kepada peningkatan rintangan dalaman. Akibat teras daripada peningkatan rintangan dalaman ialah pemanasan setempat yang dipergiatkan semasa mengecas dan menyahcas bateri (mengikut undang-undang Joule Q=I²Rt, dengan arus malar, rintangan dalaman yang lebih tinggi menghasilkan lebih banyak penjanaan haba). Pemanasan lampau setempat mempercepatkan penguraian elektrolit-pada suhu tinggi, elektrolit mengalami tindak balas redoks, menghasilkan gas seperti CO₂ dan HF, serta bahan lengai, seterusnya memakan baki elektrolit dan membawa kepada elektrolit yang lebih tidak mencukupi. Pada masa yang sama, suhu tinggi juga merosakkan filem stabil pada antara muka elektrod/elektrolit (filem SEI akan pecah dan membina semula). Filem SEI yang pecah akan menggunakan ion litium dan elektrolit sekali lagi untuk membaiki dirinya, seterusnya meningkatkan rintangan pemindahan cas.
Kitaran ganas "paras elektrolit rendah → rintangan dalaman meningkat → pemanasan setempat → penguraian elektrolit → tahap elektrolit rendah memburuk" menyebabkan kapasiti bateri menurun secara berterusan semasa berbasikal, dan kadar penurunan semakin cepat. Apabila bilangan kitaran mencapai tahap tertentu, filem antara muka gagal sepenuhnya, atau elektrolit habis, penurunan ketara dalam kapasiti berlaku. Tambahan pula, paras elektrolit yang rendah juga membawa kepada konsistensi kapasiti yang lemah semasa kitaran bateri. Dalam pek bateri berbilang-siri sel, sel dengan paras elektrolit rendah akan merosot terlebih dahulu, sekali gus menyeret ke bawah prestasi dan jangka hayat keseluruhan pek bateri.
IV. Penjanaan Haba Teruk Semasa Pengecasan dan Pelepasan
Penjanaan haba yang disebabkan oleh elektrolit yang tidak mencukupi adalah hubungan kritikal antara kemerosotan prestasi dan kegagalan keselamatan. Penjanaan haba terutamanya berasal daripada dua sumber, yang mempunyai kesan kumulatif, membawa kepada suhu bateri yang luar biasa tinggi dan menimbulkan potensi risiko awal pelarian haba.
- Penjanaan Haba Bermangkin Akibat Rintangan Dalaman
Seperti yang dinyatakan sebelum ini, elektrolit yang tidak mencukupi membawa kepada peningkatan mendadak dalam rintangan dalaman, meningkatkan haba Joule dengan ketara semasa pengecasan dan nyahcas. Tambahan pula, disebabkan oleh elektrolit yang tidak mencukupi, kapasiti pelesapan haba sendiri juga berkurangan (elektrolit juga mempunyai fungsi pelesapan haba tertentu, menghantar haba yang dihasilkan oleh elektrod ke selongsong bateri).
- Penjanaan Haba Tindak Balas Tidak Normal
Elektrolit yang tidak mencukupi menyebabkan ketidakstabilan dalam filem antara muka elektrod, menjadikannya terdedah kepada tindak balas sampingan. Ini ditunjukkan sebagai peningkatan ketara dalam suhu selongsong bateri semasa pengecasan dan nyahcas (suhu pengecasan dan nyahcas biasa biasanya 20-45 darjah, tetapi bateri elektrolit yang tidak mencukupi mungkin meningkat melebihi 50 darjah ), terutamanya ketara semasa mengecas, malah kadangkala menjadi "panas untuk disentuh". Jika bateri berada di bawah pengecasan dan nyahcas berkadar tinggi, penjanaan haba akan bertambah hebat, berpotensi melebihi suhu penguraian elektrolit (biasanya melebihi 60 darjah ), mempercepatkan penguraian elektrolit dan penuaan elektrod, mewujudkan potensi bahaya keselamatan untuk kegagalan berikutnya. Tambahan pula, penjanaan haba yang berpanjangan boleh menyebabkan ubah bentuk selongsong bateri dan penuaan pengedap, yang berpotensi menyebabkan kebocoran elektrolit dan memburukkan lagi keadaan bateri.
ACEY-BCT506-512Hperalatan ujian pelepasan cas baterimenggunakan peranti pemantauan dan kawalan elektronik moden dan bukannya kerja manual untuk memantau-masa sebenar voltan, arus, kapasiti, tenaga, keadaan pembentukan dan parameter lain pembentukan bateri teragih dalam masa nyata, mendiagnosis dan mengendalikan kerosakan, merekod dan menganalisis data yang berkaitan, supaya dapat merealisasikan pemprosesan tanpa pengawasan dan kelompok dalam proses pembentukan, perisian kawalan komputer untuk pemantauan dan penyelenggaraan peralatan berpusat.
V. Penyaduran Litium pada Elektrod Negatif, atau Pencucuhan
Ini ialah kesan negatif yang paling serius daripada elektrolit yang tidak mencukupi, secara langsung menjejaskan keselamatan bateri dan mewakili salah satu mod kegagalan utama untuk bateri kurang-elektrolit. Punca utama penyaduran litium ialah: elektrolit yang tidak mencukupi membawa kepada pembasahan tempatan yang lemah pada elektrod negatif, mengakibatkan pembentukan filem SEI yang tidak sekata. Ion litium tidak boleh membenamkan dengan betul antara lapisan grafit dan hanya boleh mendepositkan litium logam pada permukaan elektrod negatif (iaitu, "penyaduran litium"), menyebabkan sentuhan langsung antara elektrod positif dan negatif di dalam bateri, mencetuskan litar pintas dalaman.
Litar pintas dalaman menjana sejumlah besar haba serta-merta, menyebabkan suhu bateri meningkat secara mendadak (semerta melebihi 100 darjah ), membawa kepada pelarian haba. Suhu tinggi menyebabkan elektrolit terurai dengan ganas, menghasilkan sejumlah besar gas mudah terbakar dan meletup (seperti CO dan CH4). Tekanan dalaman bateri meningkat dengan mendadak, akhirnya menyebabkan selongsong bateri pecah dan bocor. Jika gas bersentuhan dengan udara, atau jika suhu dalaman mencapai titik pencucuhan bahan elektrolit atau elektrod, ia boleh menyala atau meletup. Tambahan pula, walaupun tanpa litar pintas dalaman, litium logam termendap akan bertindak balas dengan elektrolit, memakan kedua-dua ion elektrolit dan litium, seterusnya mempercepatkan kemerosotan prestasi bateri dan bahaya keselamatan. Apabila membuka bateri dengan elektrolit yang sangat tidak mencukupi, mendapan litium logam boleh diperhatikan secara langsung pada permukaan elektrod negatif, dan ia terdedah kepada pencucuhan.
Ringkasan
Elektrolit yang tidak mencukupi dalam bateri litium bukanlah "kecacatan kecil", sebaliknya menyebabkan kerosakan tidak dapat dipulihkan pada bateri dari dalam ke luar, menjejaskan prestasi, jangka hayat dan keselamatan. Kesannya mempamerkan ciri "tindak balas berantai": elektrolit tidak mencukupi → pembasahan yang tidak mencukupi → pengangkutan ion litium terhalang → rintangan dalaman meningkat → peningkatan penjanaan haba → penguraian elektrolit → semakin teruk elektrolit tidak mencukupi → pemendapan litium → litar pintas dalaman → kebakaran dan letupan. Dalam pengeluaran dan penggunaan sebenar, jumlah elektrolit yang digunakan mesti dikawal dengan ketat, biasanya dikira dengan tepat berdasarkan parameter seperti keliangan elektrod dan isipadu bateri untuk mengelakkan masalah elektrolit yang tidak mencukupi.
Jika bateri menunjukkan pengurangan yang ketara dalam julat (reput kapasiti melebihi 20%), pemanasan yang tidak normal semasa mengecas dan menyahcas, voltan pengecasan yang terlalu tinggi, voltan nyahcas yang terlalu rendah atau penurunan mendadak dalam kapasiti semasa berbasikal, ia mungkin menunjukkan elektrolit yang tidak mencukupi. Pemeriksaan dan penyelenggaraan yang tepat pada masanya adalah penting untuk mengelakkan kerosakan bateri atau insiden keselamatan selanjutnya. Untuk pek bateri yang besar seperti bateri kuasa dan bateri simpanan tenaga, elektrolit yang tidak mencukupi juga boleh menjejaskan kestabilan keseluruhan sistem, yang memerlukan perhatian dan pencegahan yang tertumpu.
