Влияние содержания влаги на производительность батареи

Есть много факторов, которые влияют на производительность литиевых батарей, таких как тип материала, плотность уплотнения положительных и отрицательных электродов, влаги, плотности поверхности покрытия, и количество электролита. Среди них влага оказывает жизненно важное влияние на производительность литий-ионных аккумуляторов. Влажность является ключевым фактором, который необходимо строго контролировать в процессе производства литий-ионных батарей. Чрезмерная влажность может не только вызвать разложение литиевых солей в электролите, но и нанести ущерб положительным и отрицательным материалам, текущий коллектор оказывает определенное коррозионно-разрушительное действие, а также приводит к снижению производительности цикла и безопасности работы аккумулятора. Тем не менее, след количества влаги имеют важное значение. Ниже описывается влияние влаги на производительность литиевых батарей.

1. Недостатки чрезмерной влажности

В процессе производства аккумулятора тернарной/графитовой системы при подготовке положительного электродного суспензии обычно используется масляная система дисперсии, используя PVDF в качестве связующего и NMP в качестве растворителя. Когда PVDF сталкивается с чрезмерной влагой, он будет образовывать желатиновое вещество, что приводит к плохой текучести и выравнивания суспензии, что не способствует покрытию суспензии. Поэтому при подготовке суспензии необходимо обращать внимание на содержание влаги в сырье, рабочую среду, а также введение влаги во время работы персонала.

Помимо огромного влияния на подготовку литиевого аккумулятора суспензии, чрезмерное влаги приведет к разложению электролита. Ответ заключается в следующем:

Гидрофторная кислота является особенно коррозионной кислотой, которая может привести к серьезному повреждению положительных и отрицательных электродных материалов и текущих коллекторов литиевых батарей, и в конечном итоге привести к проблемам безопасности батареи.

2. Значение следовой воды

Тем не менее, это не то, что меньше воды лучше в литиевых батарей. Как мы все знаем, твердый электролитный интерфейс (обычно известный как мембрана SEI) является селективной проницаемой мембраной, которая позволяет Лию свободно проходить, но молекулы электролита не могут пройти. Состав электролита и микроэлементов оказывает значительное влияние на потенциал образования пленки SEI, степень компактности, необратимую потерю емкости аккумулятора и внутреннее сопротивление аккумулятора. Вода, как микроэлемент электролита, оказывает определенное влияние на формирование пленки SEI и производительность аккумулятора литий-ионных батарей.

В-третьих, влияние влаги на производительность литиевых батарей

В различных материальных системах содержание влаги оказывает большое влияние на производительность батареи. Тем не менее, остается неизменным то, что влага влияет на первый заряд и емкость разряда, внутреннее сопротивление, срок службы цикла батареи, и объем батареи литиевых батарей. Возьмем в качестве примера батарею оксида лития кобальта/графитовую систему.

1. Влияние на мощность первого заряда и разряда

Влажность связана с образованием ИЭП в литиевых батареях и неизбежно повлияет на первую необратимую потерю мощности литиевых батарей. Как показано на рисунке 1:

Рисунок 1. Влияние содержания влаги на заряд батареи и емкость разряда

Когда влага в батарее меньше 0,015%, первая емкость разряда батареи соответствует национальному стандарту и изменение невелико; когда влажность батареи находится в пределах от 0,015% до 0,04%, емкость батареи при первом разряде уменьшается по мере увеличения влажности в батарее. Когда содержание влаги в батарее составляет менее 0,015%, доминируют следующие реакции.

Карбонат лития алкил, генерируемый процессом сокращения одного электрона, может также реагировать со следовой водой в электролите для генерации карбоната лития.

2ROCO2 Ли-Х2О (Li2CO3) NO2CO2 No2ROH

При сгенерировании CO2 на отрицательной поверхности электрода при низком потенциале возникает новая химическая реакция:

2CO2'2Li' No2e (Li2CO3)

Видно, что соответствующее количество воды поможет сформировать стабильную, однородную и плотную пленку SEI, в которой доминирует Li2CO3. Когда пленка SEI полностью покрывает отрицательный электрод, необратимая реакция немедленно останавливается.

Когда содержание влаги находится в пределах от 0,0150% до 0,04%, потребление ионов лития увеличивается, а заряд и емкость разряда аккумулятора уменьшается, что негативно сказывается на нем.

2. Влияние на внутреннее сопротивление батареи

Внутреннее сопротивление батареи является одним из наиболее важных характерных параметров аккумулятора. Это важный параметр, который характеризует срок службы и состояние работы аккумулятора, и является основным показателем сложности транспортировки ионов и электронов в батарее. Внутреннее сопротивление в основном зависит от таких факторов, как аккумуляторные материалы, производственные процессы и структура батареи. Чем меньше внутреннее сопротивление, тем меньше напряжение, занимаемое при разряде батареи, и тем больше энергии он может выкатуить. Для батарей, хранящихся в течение длительного времени, внутреннее сопротивление будет увеличиваться с увеличением времени хранения, и производительность батареи будет сильно зависеть, когда внутреннее сопротивление превышает определенное значение. Поскольку содержание влаги влияет на качество пленки SEI в литиевой батарее, введение влияет на внутреннюю устойчивость аккумулятора.

В системе растворителей электролита EC/DMC/EMC количество воды может образовывать основанную li2CO3, стабильную, однородную и плотную пленку SEI с низким внутренним сопротивлением. Когда содержание влаги больше, чем необходимое содержание системы для формирования SE I пленки, POF3 и LiF осаждаются на поверхности пленки SEI, что приводит к увеличению внутреннего сопротивления батареи. как показано на рисунке 2:

Рисунок 2. Влияние содержания влаги на внутреннюю устойчивость аккумулятора

3. Влияние на деградацию емкости батареи

Содержание влаги влияет на свойства пленки SEI батареи, такие как однородность и компактность. Когда пленка SE I однородна и плотна, электролитный растворитель нелегко встраивается в отрицательный электрод, занимая вакансию вставки Лиз, поэтому деградация емкости мало. Напротив, когда часть пленки SEI не плотная или однородная, вакансии для вставки Лиз занимают электролитный растворитель. Li2CO3 является наиболее важным компонентом для формирования равномерной и плотной пленки SEI. В системе растворителя электролита EC /DMC/EMC соответствующее количество воды может способствовать образованию пленки SEI на основе Li2CO3. Когда содержание влаги является достаточным или чрезмерным, SEI формируется плотнее и равномерной пленки, тем меньше вероятность встраивания растворителя в углеродный анод. Именно поэтому емкость аккумулятора постепенно уменьшается с увеличением содержания влаги, когда влага находится в диапазоне от 0,015% до 0,04%. Когда содержание влаги составляет менее 0,015%, на поверхности отрицательного электрода образуется плотная пленка SEI для поддержания встраивания растворителя в равновесное состояние. Таким образом, распад емкости батареи поддерживается в относительно стабильном состоянии.

Рисунок 3. Влияние содержания влаги на скорость распада емкости батареи

4. Влияние на толщину батареи

Рисунок 4. Влияние содержания влаги на толщину батареи

На рисунке видно, что по мере увеличения содержания влаги увеличивается и толщина аккумулятора. Когда содержание влаги происходит из-за CO2, CO и других газов, образующихся во время формирования пленки SEI. И когда вода является чрезмерным, избыток воды будет продолжать реагировать с LiPF6 для производства газа HF. Внутреннее производство газа батареи связано с безопасностью батареи. Для того, чтобы избежать серьезных проблем метеоризм в батарее, вода внутри батареи должна строго контролироваться.

Ссылки:

[1] У Рона Орбаха, Яир E в-El.i J E lectrochem Socе J, 1995, 142(6):1746

[2] ХУАН Фэн (黄峰), Чжоу Ен Хун (周运鸿). Ba ttery B imonthly (Батарея) , J , 2001, 31(6):290

Чжан Хайлин, Он Сянъюнь, Ли Янь и др. Влияние электродной влаги на производительность литий-ионных аккумуляторов. Аккумуляторная промышленность, 2013, 18(1 /2): 44-46.