Hvordan forbedres elektrolytens infiltrationseffekt på polstykket?

1. Elektrolytkoncept

Elektrolytten er en ionleder, der leder mellem batteriets positive og negative elektroder. Under opladning og afladning overføres lithiumioner frem og tilbage mellem de positive og negative elektroder. Elektrolytten har en relativt stor indvirkning på batteriets' s opladnings- og afladningsydelse (høj og lav hastighed), levetid (cyklisk opbevaring) og temperaturanvendelsesområde.

Egnede opløsningsmidler kræver høj dielektrisk konstant og lav viskositet. Almindeligt anvendte alkylcarbonater som PC og EC har stærk polaritet og høj dielektrisk konstant, men viskositeten er stor, og den intermolekylære kraft er stor, og lithiumioner bevæger sig i den. Hastigheden er langsom. Lineære estere, såsom DMC (dimethylcarbonat) og DEC (diethylcarbonat), har lav viskositet, men lav dielektrisk konstant. Derfor anvendes de generelt PC + DEC, EC + DMC og andre blandede opløsningsmidler for at opnå løsninger med høj ionisk ledningsevne.

Elektrolytten, der anvendes i lithiumionbatterier, skal generelt opfylde følgende grundlæggende krav:

en. Høj ionisk ledningsevne, skal generelt nå 1 × 10-3 ~ 2 × 10-2 S / cm;

b. Høj termisk og kemisk stabilitet, ingen adskillelse forekommer i et bredt spændingsområde;

c. Et bredt elektrokemisk vindue for at opretholde stabiliteten af ​​elektrokemisk ydelse i et bredt spændingsområde;

d. Det har god kompatibilitet med andre dele af batteriet, såsom elektrodematerialer, elektrodestrømsamlere og separatorer;

e. Sikker, giftfri og ikke-forurenende.

2. Elektrolytinfiltrationseffekt

Når lithiumbatteriet når kassationsstandarden eller pludselig fejler, adskilles det ofte for at analysere formålet med batteriets' s forringelse eller tab af ydeevne. Da redaktøren demonterede og analyserede lithiumbatteriet, blev det fundet, at batteriet med dårlig cyklusydelse ofte er relateret til den dårlige infiltrationseffekt af elektrolytten på polstykket. Når elektrolytinfiltreringseffekten ikke er god, bliver iontransmissionsstien længere, hvilket forhindrer lithium-ioners skifte mellem de positive og negative elektroder. Polstykkerne, der ikke er i kontakt med elektrolytten, kan ikke deltage i batteriets elektrokemiske reaktion, og batteriets grænseflademodstand øges, hvilket påvirker lithium Batteriets hastighed, udladningskapacitet og levetid.

Så for at undgå alle mulige ulemper er vi nødt til at finde en måde at gøre elektrolytten så meget som muligt gennemblødt polstykket. I betragtning af omkostningsproblemet er vi selvfølgelig nødt til at bruge den passende mængde elektrolyt som muligt. Mængden af ​​elektrolyt påvirker batteriets ydeevne.

3. Hvordan man forbedrer befugtningen af ​​elektrolyt

Elektrolytinfiltrationen af ​​polstykket involverer trefasekontakt mellem fast stof, væske og gas. Når elektrolytten injiceres i batterikassen, skal elektrolytten først aflade luften i kassen, og derefter klæber elektrolytten sig til overfladen af ​​de positive og negative aktive materialer, og noget elektrolyt kommer ind i den positive elektrode-membran-negative elektrode gennem membranen i den viklede kerne. mellem. Efterhånden som tiden går, vil elektrolytten infiltrere polstykkerne, og elektrolytten i membranen vil infiltrere polstykkerne i omvendt retning. Når stående tid til en vis grad er lang, under påvirkning af overfladespænding, vil infiltrationen af ​​polstykkerne nå en balancestilstand.

I denne proces er et koncept" kontaktvinkel" (befugtningsvinkel) i fysisk kemi er involveret. Som vist i figuren nedenfor repræsenterer det blå område i figuren væsken, og det grå område repræsenterer den faste grænseflade. Derefter er det blå og grå kontaktområde kontaktfladen mellem fast og flydende kontakt. Positionen, hvor væskens tangens skærer det faste interface, danner en vinkel θ. Jo mindre kontaktvinklen θ er, desto bedre er befugtningen af ​​elektrolytten til polstykket eller membranen. .

Imidlertid er det ofte i den aktuelle driftsproces umuligt at forstå elektrolytens infiltrationseffekt på polstykket. I henhold til princippet om elektrolytinfiltration nævnt ovenfor kan vi finde måder til at forbedre elektrolytens infiltrationseffekt på polstykket fra følgende punkter:

(1) Forbedre indsprøjtningsprocessen

Forbedring af væskeinjektionsprocessen er den mest konventionelle metode, som effektivt kan forbedre elektrolytens infiltreringseffekt med hensyn til væskeinjektionseffektivitet, væskeinjektionsbetingelser, stående tid og væskeinjektionsmetoder.

Væskeinjektion under vakuumforhold letter ikke kun udledning af gas i cellen, men reducerer også gassens modstand mod elektrolytinjektionen og hjælper elektrolytten med at infiltrere polstykkerne. Princippet er, at vakuuminjektion kan reducere eksistensen af ​​gasmodstand ved den tre-fasede grænseflade mellem fast gas og væske, hvilket gør det muligt for elektrolytten at komme i direkte kontakt med polstykket og reducere infiltrationstiden.

Ved at forlænge tiden til at stå under vakuum kan det sikre, at elektrolytten er helt infiltreret i polstykket. Efter væskeinjektion, når stående tid forlænges, falder befugtningsvinklen mellem elektrodeopløsningen og polstykket gradvist, og befugtningsradius øges gradvist, og til sidst opnås en god befugtningseffekt.

For at undgå fænomenet med utilstrækkelig infiltrering af elektrolyt af membran- og polstykkerne kan elektrolytten injiceres i portioner for at gøre det lettere for elektrolytten at infiltrere polstykkerne fuldt ud. I princippet er denne operationsmetode at øge sandsynligheden for fast-væske-kontakt og udvide kontaktområdet. I tilfælde af den samme mængde elektrolyt kan infiltrationstiden afkortes.

(2) Forbedre kerneprocessen

Elektrolytinfiltreringseffekten er ikke relateret til egenskaberne af elektrodematerialepartiklerne, polstykkernes komprimeringstæthed og kernens tæthed. Forskellig morfologi og partikelstørrelse af de positive og negative aktive materialer, ledende stoffer og elektrolyt har forskellige infiltrationseffekter på polstykkerne. Jo større partikelstørrelsen på råmaterialet er, jo tættere på den sfæriske form, jo ​​større er elektrolytindtrængningshastigheden og jo længere infiltrationstiden. kort. Når polstykkets komprimeringsdensitet er for stor, vil porøsiteten i polstykket falde, hvilket ikke er befordrende for elektrolytinfiltrationen af ​​polstykket. Det er nødvendigt at justere den passende komprimeringstæthed for at imødekomme elektrolytinfiltrationen under betingelse af at sikre lav batteriimpedans. grad. Tilsvarende vil tætheden af ​​cellestakken eller viklingen også påvirke elektrolytinfiltrationen.

Når viklingen er løsere, er porerne mellem den positive elektrode - separatoren - den negative elektrode større, og mængden af ​​akkumuleret elektrolyt er større, hvilket resulterer i berigelse nogle steder og mangel nogle steder, hvilket utvivlsomt har stor indflydelse på batteriets ydeevne. Når viklingen er tæt, vil det påvirke elektrolytens infiltrationshastighed og effektivitet, hvilket ikke er ønskeligt.

(3) Tilføj elektrolytinfiltrationsmiddel

Den normalt anvendte elektrolyt er et organisk opløsningsmiddel, og polstykket er et uorganisk materiale, så evnen til at absorbere elektrolytten er svag. Tilføjelse af tilsætningsstoffer til elektrolytten kan også forbedre infiltrationen af ​​elektrolytten. Liu Fangfang og andre brugte et fluorethermateriale som tilsætningsstof til elektrolytten. Testresultaterne viser, at tilføjelse af en lille mængde infiltrant til elektrolytten effektivt kan forkorte batteriets injektionstid og forbedre batteriets cyklusydelse betydeligt, men det skal bemærkes, at det bruges som et infiltrant. Når tillægsbeløbet når 1%, vil det have en negativ indvirkning på cyklusydelsen.

Essensen af ​​størrelsesmidlet er et overfladeaktivt middel. Denne type limningsmiddel har fordelene ved høj overfladeaktivitet, høj varmestabilitet, lav antændelighed og høj kemisk stabilitet. Tilsætning af limningsmiddel til elektrolytten kan reducere væskens overfladespænding. Forbedre befugtningsevnen og indtrængningsevnen for elektrolytten til polstykket, hvorved batteriets elektrokemiske ydeevne forbedres.

Via ovenstående adskillige metoder kan infiltrationseffekten af ​​elektrolytten på polstykket forbedres effektivt. Forkortelse af infiltrationstiden kan spare produktionsomkostninger, forbedre infiltrationseffekten, reducere batteriets grænsefladeimpedans og forbedre udnyttelseseffektiviteten af ​​aktive materialer og derved øge batterikapaciteten og forbedre udladningshastighedsegenskaberne.