Mengapa Sel Kantung Membengkak?

Terdapat banyak sebab mengapa kantung-jenis litium-bateri ion membengkak. Berdasarkan pengalaman R&D eksperimen, punca bengkak boleh dikategorikan kepada tiga jenis: pertama, peningkatan ketebalan yang disebabkan oleh pengembangan kepingan elektrod bateri semasa berbasikal; kedua, bengkak yang disebabkan oleh penjanaan gas hasil daripada penguraian oksidatif elektrolit; dan ketiga, bengkak yang disebabkan oleh kecacatan pembuatan, seperti kemasukan lembapan akibat pengedap yang lemah atau kerosakan pada sudut sel.

Faktor dominan yang mendorong perubahan dalam ketebalan bateri berbeza-beza merentas kimia bateri yang berbeza. Sebagai contoh, dalam bateri yang menggunakan anod litium titanat (LTO), penjanaan gas adalah punca utama bengkak; Sebaliknya, untuk bateri dengan anod grafit, kedua-dua pengembangan kepingan elektrod dan penjanaan gas menyumbang kepada bengkak.

Perbincangan Faktor dan Mekanisme yang Mempengaruhi Pengembangan Anod Grafit

Peningkatan dalam ketebalan sel semasa pengecasan bateri lithium-terutamanya disebabkan oleh pengembangan anod; kadar pengembangan katod hanya 2-4%. Anod biasanya terdiri daripada grafit, pengikat, dan karbon konduktif, dengan bahan grafit itu sendiri menunjukkan kadar pengembangan kira-kira 10%. Faktor utama yang mempengaruhi kadar pengembangan anod grafit termasuk pembentukan filem SEI (Solid Electrolyte Interphase), keadaan cas (SOC), parameter proses dan pembolehubah lain.

(1) Pembentukan Filem SEI
Semasa pengecasan awal-kitaran nyahcas bateri-ion litium, tindak balas pengurangan berlaku antara elektrolit dan zarah grafit pada antara muka cecair pepejal-, membentuk lapisan pempasifan (filem SEI) di atas bahan elektrod. Pembentukan filem SEI membawa kepada peningkatan ketara dalam ketebalan anod, menyumbang kepada peningkatan keseluruhan dalam ketebalan sel kira-kira 4%. Sepanjang-berbasikal jangka panjang, struktur fizikal dan luas permukaan khusus grafit mempengaruhi proses dinamik yang melibatkan pembubaran SEI sedia ada dan pembentukan SEI baharu; contohnya, grafit serpihan mempamerkan kadar pengembangan yang lebih tinggi daripada grafit sfera.

(2) Keadaan Bertanggungjawab (SOC)
Semasa proses berbasikal, pengembangan isipadu anod grafit mempamerkan hubungan fungsian berkala yang kuat dengan SOC sel. Secara khusus, isipadu mengembang secara beransur-ansur apabila ion litium berinterkalasi ke dalam grafit (meningkatkan SOC sel); sebaliknya, apabila ion litium de-berinterkalasi daripada anod grafit, SOC sel berkurangan dan isipadu anod grafit mengecut dengan sewajarnya.

(3) Parameter Proses
Mengenai parameter proses, ketumpatan pemadatan memberi kesan ketara kepada anod grafit. Semasa menekan sejuk helaian elektrod, tegasan mampatan yang besar berkembang dalam lapisan salutan anod grafit; tekanan ini sukar dihilangkan sepenuhnya semasa langkah seterusnya seperti{1}}pembakar suhu tinggi. Semasa cas-kitaran nyahcas, kesan gabungan litium-interkalasi/de-interkalasi dan elektrolit-yang disebabkan pembengkakan pengikat menyebabkan tegasan dalam salutan dilepaskan, yang membawa kepada peningkatan pengembangan. Tambahan pula, ketumpatan pemadatan menentukan isipadu lompang dalam salutan anod. Isipadu lompang yang besar boleh menampung pengembangan kepingan elektrod dengan berkesan.

Sebaliknya, jika isipadu lompang kecil, terdapat ruang yang tidak mencukupi untuk menyerap pengembangan; akibatnya, pengembangan dipaksa ke luar, nyata sebagai peningkatan dalam jumlah keseluruhan helaian anod.

(4) Faktor Lain
Faktor lain yang mempengaruhi pengembangan anod termasuk kekuatan lekatan pengikat (khususnya lekatan antara muka antara pengikat, zarah grafit, karbon konduktif dan pengumpul semasa), kadar nyahcas-cas, gelagat pembengkakan pengikat dalam elektrolit, bentuk dan ketumpatan pembungkusan zarah grafit, dan pemerosotan volum elektrod yang terhasil daripada peningkatan volum elektrod.

Acey New Energy mengkhusus dalam penyelidikan dan pembuatan peralatan-tinggi untuk bateri-ion litium. Kami boleh menyediakan-penyelesaian sehenti untuk skala-makmalbarisan pengeluaran bateriuntuk bateri silinder, sel syiling, sel kantung

Penjanaan gas dalam bateri adalah satu lagi punca utama bengkak.

Bateri mengalami tahap penjanaan gas yang berbeza-beza dan bengkak semasa berbasikal pada suhu bilik atau tinggi, serta semasa penyimpanan suhu-tinggi.

Semasa kitaran nyahcas-awal, filem Solid Electrolyte Interphase (SEI) terbentuk pada permukaan elektrod. Pembentukan lapisan SEI (Solid Electrolyte Interphase) pada anod terutamanya hasil daripada penguraian reduktif EC (Ethylene Carbonate); penjanaan alkil litium dan Li2CO3 disertai dengan pengeluaran sejumlah besar CO dan C2H4. Pelarut seperti DMC (Dimethyl Carbonate) dan EMC (Ethyl Methyl Carbonate) juga menyumbang kepada pembentukan filem, menghasilkan RLiCO3 dan ROLi bersama-sama gas seperti CH4, C2H6, C3H8 dan CO. Dalam elektrolit berasaskan PC (Propylene Carbonate)-, penjanaan gas secara relatifnya lebih tinggi, terutamanya disebabkan oleh pengeluaran gas PC3H8. Untuk sel kantung LiFePO4, pembengkakan gas adalah paling teruk selepas selesainya kitaran pengecasan awal 0.1C.

Adalah jelas bahawa pembentukan SEI tidak dapat dielakkan disertai dengan penjanaan sejumlah besar gas. Kehadiran kekotoran H2O menjejaskan kestabilan ikatan P-F dalam LiPF6, yang membawa kepada pembentukan HF; ini menjejaskan kestabilan sistem bateri dan menjana gas. H2O yang berlebihan menggunakan ion Li+, menghasilkan LiOH, LiO2, dan H2, yang juga mengakibatkan evolusi gas. Penjanaan gas juga berlaku semasa penyimpanan dan{10}}kitaran nyahcas berpanjangan; dalam bateri litium{11}}ion tertutup, pengumpulan gas yang ketara menyebabkan bengkak, sekali gus menjejaskan prestasi bateri dan memendekkan hayat perkhidmatannya. Sebab utama penjanaan gas semasa penyimpanan adalah seperti berikut:

(1) H2O hadir dalam sistem bateri membawa kepada pembentukan HF, yang merosakkan lapisan SEI. Oksigen (O2) dalam sistem boleh mengoksidakan elektrolit, mengakibatkan penjanaan sejumlah besar CO2;
(2) Jika lapisan SEI yang terbentuk semasa pengaktifan awal (pembentukan) tidak stabil, ia mungkin merosot semasa penyimpanan; pembaikan lapisan SEI seterusnya membebaskan gas yang terdiri terutamanya daripada hidrokarbon. Semasa kitaran nyahcas-jangka panjang-, perubahan dalam struktur hablur bahan katod dan taburan potensi yang tidak-sekata merentasi permukaan elektrod boleh menyebabkan potensi tinggi setempat. Ini mengurangkan kestabilan elektrolit pada antara muka elektrod; penebalan berterusan filem permukaan meningkatkan rintangan antara muka, meningkatkan lagi potensi tindak balas. Ini mencetuskan penguraian elektrolit dan penjanaan gas, manakala bahan katod itu sendiri juga boleh membebaskan gas.

Bateri menunjukkan tahap pembengkakan yang berbeza-beza bergantung pada sistem kimianya. Dalam bateri yang menggunakan anod grafit, punca utama penjanaan dan pembengkakan gas ialah-seperti yang dinyatakan sebelum ini-pembentukan lapisan SEI, kandungan lembapan yang berlebihan dalam sel, anomali dalam proses pembentukan dan pengedap yang lemah. Sebaliknya, dalam sistem anod litium titanat (LTO), industri secara amnya mengaitkan penjanaan gas dalam bateri Li4Ti5O12 kepada kecenderungan sedia ada bahan untuk menyerap lembapan, walaupun tiada bukti muktamad untuk mengesahkan hipotesis ini.

1. Pengedap yang lemah:Insiden sel bengkak yang disebabkan oleh kecacatan pengedap telah menurun dengan ketara. Kecacatan boleh berlaku pada mana-mana bahagian pengedap, dengan pengedap atas dan pengedap penyahgas menjadi kawasan masalah yang paling biasa; Isu pengedap teratas biasanya melibatkan kawasan tab, manakala isu penyahgas selalunya melibatkan delaminasi. Pengedap yang lemah membolehkan lembapan atmosfera memasuki sel, mencetuskan penguraian elektrolit dan penjanaan gas.

2. Kerosakan permukaan kantung:Semasa aliran barisan pengeluaran, kantung mungkin mengalami kerosakan yang tidak disengajakan atau akibat-manusia (seperti lubang jarum), membenarkan lembapan menembusi bahagian dalam sel.

3. Kerosakan sudut:Disebabkan oleh ubah bentuk khusus lapisan aluminium pada sudut yang dilipat, pergerakan beg gas boleh memutar sudut, merosakkan aluminium (sel yang lebih besar dengan beg gas yang lebih besar lebih terdedah kepada ini) dan menjejaskan penghalang kelembapan. Menggunakan pita krep atau pelekat cair-panas di sudut boleh membantu mengurangkan risiko ini. Tambahan pula, pengendalian sel dengan beg gas selepas pengedap atas adalah dilarang; penjagaan khusus mesti diambil semasa operasi untuk mengelakkan sel daripada bergoyang semasa berada di rak penuaan.

4. Kandungan lembapan dalaman yang berlebihan:Jika tahap lembapan melebihi had, elektrolit merosot, membawa kepada penjanaan gas selepas pembentukan atau penyahgasan. Punca utama kelembapan dalaman yang berlebihan termasuk: kandungan lembapan yang tinggi dalam elektrolit, kandungan lembapan yang tinggi dalam sel kosong selepas dibakar, dan kelembapan berlebihan di dalam bilik kering. Jika kelembapan berlebihan disyaki sebagai punca bengkak, pemeriksaan kebolehkesanan proses boleh dijalankan.

5. Anomali proses pembentukan:Prosedur pembentukan yang salah boleh menyebabkan pembengkakan sel.

6. Lapisan SEI yang tidak stabil:Bengkak sedikit mungkin berlaku semasa pengecasan-kitaran pelepasan ujian kapasiti. 7. Caj Terlebih/Lebih-: Disebabkan oleh kerosakan proses, peralatan atau papan litar perlindungan (PCB), sel bateri mengalami pengecasan yang berlebihan atau nyahcas yang berlebihan, mengakibatkan pembengkakan teruk (penjanaan gas).

8. Litar pintas:Ralat operasi yang menyebabkan sentuhan antara tab sel hidup mengakibatkan litar pintas; sel membengkak, voltan turun dengan cepat, dan tab menjadi hitam hangus.

9. Litar Pintas Dalaman:Litar pintas antara anod dan katod di dalam sel menyebabkan pelepasan cepat dan penjanaan haba, disertai dengan bengkak yang teruk. Punca termasuk kecacatan reka bentuk; pengecutan pemisah, keriting, atau kerosakan; salah penjajaran bi-sel; burr menusuk pemisah; tekanan lekapan yang berlebihan; atau lebih-mampatan oleh haba-mesin pengedap. Contohnya, lebar yang tidak mencukupi digabungkan dengan mampatan badan sel yang berlebihan oleh mesin pengedap-panas sebelum ini telah menyebabkan anod-pendek dan bengkak katod.

10. Kakisan:Kakisan sel memakan lapisan aluminium, memusnahkan fungsi penghalang lembapannya dan membawa kepada bengkak.

11. Penyahgas Vakum Tidak Normal:Isu sistem atau peralatan mengakibatkan tahap vakum yang tidak betul atau penyahgasan yang tidak lengkap. Sebagai contoh, jika zon sinaran haba semasa pengedap vakum terlalu besar, alat penyahgas mungkin gagal menusuk kantung dengan berkesan, mengakibatkan pengekstrakan gas tidak lengkap.

Menindas penjanaan gas yang tidak normal memerlukan menangani kedua-dua reka bentuk bahan dan proses pembuatan.

pertama,sistem bahan dan elektrolit mesti dioptimumkan untuk memastikan pembentukan filem Solid Electrolyte Interphase (SEI) yang padat dan stabil, meningkatkan kestabilan bahan katod, dan menghalang penjanaan gas yang tidak normal.

Berkenaan rawatan elektrolit, sejumlah kecil bahan tambahan pembentuk filem-sering digunakan untuk menjadikan filem SEI lebih seragam dan padat. Ini mengurangkan penjanaan gas yang disebabkan oleh detasmen dan penjanaan semula filem SEI semasa penggunaan bateri, dengan itu mengurangkan bengkak; kaedah tersebut telah didokumenkan dalam penyelidikan dan diaplikasikan dalam amalan.

Penyelidikan menunjukkan bahawa komponen filem SEI yang dibentuk oleh EC (etilena karbonat) dan VC (vinilena karbonat) terdiri daripada litium alkil karbonat linear. Pada suhu tinggi, litium alkil karbonat yang melekat pada karbon terlitiasi (LiC) tidak stabil dan terurai untuk menghasilkan gas (seperti CO2), yang membawa kepada bengkak bateri. Filem SEI yang dibentuk oleh PS terdiri daripada litium alkil sulfonat; walaupun filem itu mengandungi kecacatan, ia mempunyai struktur dua-dimensi tertentu dan kekal stabil pada permukaan LiC walaupun pada suhu tinggi. Apabila PS dan VC digunakan dalam gabungan, PS membentuk struktur dua-dimensi yang rosak pada permukaan anod pada voltan yang lebih rendah; apabila voltan meningkat, VC membentuk litium alkil karbonat berstruktur-linear yang mengisi kecacatan dalam struktur dua-dimensi, menghasilkan filem SEI berstruktur rangkaian-yang stabil pada LiC. Struktur filem SEI jenis ini meningkatkan kestabilan dengan ketara dan secara berkesan menyekat penjanaan gas yang disebabkan oleh penguraian filem.

Tambahan pula,interaksi antara bahan katod litium kobalt oksida dan elektrolit membawa kepada produk penguraian yang memangkinkan pecahan pelarut elektrolit. Akibatnya, penggunaan salutan permukaan pada bahan katod bukan sahaja meningkatkan kestabilan struktur tetapi juga meminimumkan sentuhan antara katod dan elektrolit, dengan itu mengurangkan penjanaan gas yang didorong oleh aktiviti penguraian pemangkin katod. Oleh itu, pembentukan lapisan salutan yang stabil dan utuh pada permukaan zarah bahan katod mewakili arah utama untuk pembangunan semasa.

Tenaga Baru Aceypakar dalam menyediakan-penyelesaian sehenti untuk separa-automatik/sepenuhnya-talian pemasangan automatik pek bateri litium yang digunakan dalam ESS, UAV, E-Bike, E-Skuter, Alat Kuasa, Roda Dua/Tiga, Dsb. Jika anda baru dalam industri pengeluaran bateri litium ion atau industri bateri lithium ion anda sendiri, danbarisan pemasangan pek bateri, kami boleh memberi anda sokongan dan bimbingan teknikal profesional, sila hubungi kami!

Hubungi sekarang