Indflydelse af fugtindhold på batteriets ydeevne

Der er mange faktorer, der påvirker ydeevnen af ​​lithiumbatterier, såsom materialetypen, komprimeringstætheden af ​​de positive og negative elektroder, fugt, overfladetætheden i belægningen og mængden af ​​elektrolyt. Blandt dem har fugt en vital indflydelse på ydeevnen af ​​lithium-ion-batterier. Fugt er en nøglefaktor, der skal kontrolleres nøje under produktionsprocessen af ​​lithium-ion-batterier. Overdreven fugt kan ikke kun forårsage nedbrydning af lithiumsalte i elektrolytten og forårsage beskadigelse af de positive og negative materialer. af batteriet. Spormængder af fugt har dog vigtig betydning. I det følgende beskrives fugtens indvirkning på lithiumbatteriets ydeevne.

1. Ulemperne ved overdreven fugt

I fremstillingsprocessen for det ternære / grafit-systembatteri anvender fremstillingen af ​​den positive elektrodeopslæmning generelt et oliebaseret dispersionssystem under anvendelse af PVDF som bindemiddel og NMP som opløsningsmiddel. Når PVDF støder på overdreven fugtighed, vil det danne et gelatinøst stof, hvilket resulterer i dårlig fluiditet og udjævning af opslæmningen, hvilket ikke er befordrende for belægningen af ​​opslæmningen. Derfor skal man ved klargøring af gylle være opmærksom på fugtindholdet i råmaterialerne, arbejdsmiljøet og indførelsen af ​​fugt under personalets drift.

Ud over at have en enorm indflydelse på fremstillingen af ​​lithiumbatteriopslæmning, vil overdreven fugt forårsage nedbrydning af elektrolytten. Svaret er som følger:

Flussyre er en særlig ætsende syre, som kan forårsage alvorlige skader på de positive og negative elektrodematerialer og strømopsamlere af lithiumbatterier og i sidste ende føre til batterisikkerhedsproblemer.

2. Betydningen af ​​sporvand

Det er dog ikke, at jo mindre vand er bedre i lithiumbatterier. Som vi alle ved, er den faste elektrolytgrænseflade (almindeligvis kendt som SEI-membran) en selektiv permeabel membran, der gør det muligt for Li + at passere frit, men elektrolytmolekyler kan ikke passere igennem. Sammensætningen af ​​elektrolyt- og sporeadditiver har en betydelig indvirkning på potentialet for SEI-filmdannelse, graden af ​​kompakthed, batteriets irreversible kapacitetstab og batteriets interne modstand. Vand, som en sporkomponent i elektrolytten, har en vis indvirkning på dannelsen af ​​SEI-film og batteriets ydeevne for lithium-ion-batterier.

For det tredje, indvirkningen af ​​fugt på ydeevnen af ​​lithiumbatterier

I forskellige materialesystemer har fugtindhold en stor indflydelse på batteriets ydeevne. Det, der forbliver uændret, er dog, at fugt påvirker den første opladnings- og afladningskapacitet, intern modstand, batteriets cykluslevetid og litiumbatteriernes volumen. Tag litiumcobaltoxid / grafitsystembatteriet som et eksempel.

1. Indvirkning på den første opladnings- og afladningskapacitet

Fugt er relateret til dannelsen af ​​SEI i lithiumbatterier og vil uundgåeligt påvirke det første irreversible kapacitetstab af lithiumbatterier. Som vist i figur 1:

Figur 1. Fugtindholdets indflydelse på batteriets opladning og afladningskapacitet

Når fugtigheden i batteriet er mindre end 0,015%, opfylder batteriets første afladningskapacitet den nationale standard, og ændringen er lille; når batteriets fugtighed er inden for området fra 0,015% til 0,04%, falder batteriets første afladningskapacitet, når fugtigheden i batteriet stiger. Når fugtindholdet i batteriet er mindre end 0,015%, dominerer følgende reaktioner.

Lithiumalkylcarbonat genereret ved enkeltelektronreduktionsprocessen kan også reagere med sporvand i elektrolytten til dannelse af lithiumcarbonat.

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

Når CO2 genereres, sker der en ny kemisk reaktion på den negative elektrodeoverflade ved lavt potentiale:

2CO2+2Li+ +2e → Li2CO3 +CO

Det kan ses, at en passende mængde vand vil hjælpe med at danne en stabil, ensartet og tæt SEI-film domineret af Li2CO3. Når SEI-filmen helt dækker den negative elektrode, stopper den irreversible reaktion med det samme.

Når fugtighedsindholdet er i området fra 0,0150% til 0,04%, øges forbruget af lithiumioner, og batteriets opladnings- og afladningskapacitet falder, hvilket har en negativ indvirkning på det.

2. Indvirkning på batteriets interne modstand

Batteriets interne modstand er en af ​​de vigtigste karakteristiske parametre for batteriet. Det er en vigtig parameter, der karakteriserer batteriets cykluslevetid og driftsstatus og er den vigtigste indikator for vanskeligheden ved at transportere ioner og elektroner i batteriet. Den interne modstand påvirkes hovedsageligt af faktorer som batterimaterialer, fremstillingsprocesser og batteristruktur. Jo mindre den interne modstand er, desto mindre er spændingen optaget, når batteriet aflades, og jo mere energi kan det afgive. For batterier, der opbevares i lang tid, vil den interne modstand øges med stigningen i lagringstid, og batteriets ydeevne vil blive stærkt påvirket, når den interne modstand overstiger en bestemt værdi. Da fugtindholdet har indflydelse på kvaliteten af ​​SEI-filmen i et lithiumbatteri, påvirker introduktionen batteriets interne modstand.

I EC / DMC / EMC-opløsningsmiddelsystemet kan en spormængde vand danne en Li2CO3-baseret, stabil, ensartet og tæt SEI-film med lav intern modstand. Når fugtindholdet er mere end det krævede indhold i systemet til dannelse af SE I-filmen, udfældes POF3 og LiF på overfladen af ​​SEI-filmen, hvilket resulterer i en forøgelse af batteriets indre modstand. som vist på billede 2:

Figur 2. Fugtindholdets indflydelse på batteriets interne modstand

3. Indvirkning på nedbrydning af batterikapacitet

Fugtindholdet påvirker egenskaberne ved SEI-film fra batteriet, såsom ensartethed og kompakthed. Når SE I-filmen er ensartet og tæt, er elektrolytopløsningsmidlet ikke let at blive indlejret i den negative elektrode og besætter Li + -indsatsledigheden, så der er ringe kapacitetsnedbrydning. Tværtimod, når delen af ​​SEI-filmen ikke er tæt eller ensartet, er det relativt let for Li + - indsættelsesledningerne at blive besat af elektrolytopløsningsmidlet. Li2CO3 er den vigtigste komponent til dannelse af en ensartet og tæt SEI-film. I EC / DMC / EMC-opløsningsmiddelsystemet kan en passende mængde vand fremme dannelsen af ​​SEI-film baseret på Li2CO3. Når fugtighedsindholdet er tilstrækkeligt eller for stort, dannede SEI. Jo tættere og ensartet filmen er, jo mindre er sandsynligheden for, at opløsningsmidlet indlejres i kulstofanoden. Dette er grunden til, at dæmpningen af ​​batterikapaciteten gradvist falder med stigningen i fugtindhold, når fugtigheden er i området fra 0,015% til 0,04%. Når fugtighedsindholdet er mindre end 0,015%, dannes en tættere SEI-film på overfladen af ​​den negative elektrode for at opretholde opløsningsmidlets indlejring i en ligevægtstilstand. Derfor opretholdes batteriets kapacitetsfald i en relativt stabil tilstand.

Figur 3. Indflydelse af fugtindhold på batteriets kapacitet henfaldshastighed

4. Indvirkning på batteriets tykkelse

Figur 4. Indflydelse af fugtindhold på batteriets tykkelse

Det kan ses af figuren, at når fugtighedsindholdet stiger, øges batteriets tykkelse også. Når fugtindholdet skyldes CO2, CO og andre gasser, der genereres under dannelsen af ​​SEI-filmen. Og når vandet er for stort, vil det overskydende vand fortsætte med at reagere med LiPF6 for at producere HF-gas. Den interne gasproduktion af batteriet er relateret til batteriets sikkerhed. For at undgå alvorlige flatulensproblemer i batteriet skal vandet inde i batteriet kontrolleres nøje.

referencer:

[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). Batteri B imonthly (Batteri) [J], 2001, 31 (6): 290

[3] Zhang Hailin, He Xiangyun, Li Yan, et al. Indflydelsen af ​​elektrodefugt på ydeevnen af ​​lithiumionbatterier ［J］. Batteriindustri, 2013, 18 (1/2): 44-46.