Причини и обяснение на образуването на газ в литиево-йонните батерии

Основната причина за образуването на газ в литиево-йонните батерии е по същество резултат от поредица от нежелани химически и електрохимични странични реакции в батерията. Тези реакции консумират активните компоненти в батерията, нарушават стабилността на вътрешната структура и генерират газообразни продукти. Това не само води до проблеми с влошаването на производителността, като издуване на батерията, намаляване на капацитета и съкратен живот на цикъла, но в тежки случаи може също да причини опасности за безопасността, като изтичане на батерия, пожар и дори експлозия. Въз основа на вътрешната структура и принципа на работа на литиево-йонните батерии, производството на газ произтича главно от следните пет основни аспекта, всеки от които е взаимосвързан и често взаимно предизвиква и изостря феномена на производство на газ.

Електролитът, като основна среда за транспортиране на йони в литиево-йонна батерия, се състои от органични разтворители, литиеви соли и добавки. Стабилността му пряко влияе върху безопасността на батерията. При висока -температурна среда (над 60 градуса) или когато се използва неподходящо напрежение (като презареждане или напрежение на зареждане, надвишаващо безопасния диапазон), органичните разтворители в електролита претърпяват реакции на окисление или редукция и се разлагат, разрушавайки оригиналната молекулярна структура. Този процес генерира различни газове, предимно въглероден диоксид (CO₂), въглероден оксид (CO), метан (CH₄) и етилен (C₂H₄). Сред тях CO и други газове са токсични, което допълнително увеличава рисковете за безопасността.

Филмът SEI (интерфейс с твърд електролит) върху повърхността на отрицателния електрод е защитен филм, който естествено се образува по време на първото зареждане и разреждане на литиева батерия. Той предотвратява директната реакция на електролита с материала на отрицателния електрод, осигурявайки нормална работа на батерията. Въпреки това, когато батерията е подложена на презареждане, пре-разреждане, високи температури или силни вибрации, SEI филмът може да се спука. По това време електролитът ще реагира отново с материала на отрицателния електрод, опитвайки се да поправи повредения SEI филм. Този повтарящ се процес на повреда и възстановяване непрекъснато генерира газове, главно включително водород (H₂), етилен (C₂H₄) и етан (C₂H₆). С течение на времето това може да доведе до загуба на защитната функция на SEI филма.

Литиево-йонните батерии имат изключително високи изисквания за вътрешно съдържание на влага. Дори следи от вода (ниво на ppm, т.е. една част на милион) могат да предизвикат сериозни странични реакции. Влагата реагира с основната литиева сол в електролита (като литиев хексафлуорофосфат LiPF₆), за да произведе силно корозивна флуороводородна киселина (HF). HF не само уврежда SEI филма, но също така допълнително задейства верижна реакция от странични реакции, включително разлагане на електролита и корозия на електродния материал, произвеждайки газове като водород (H₂), флуороводород (HF), въглероден оксид (CO) и въглероден диоксид (CO₂), като същевременно корозира вътрешните компоненти на батерията.

Катодният материал е от решаващо значение за съхранението и освобождаването на енергия от литиево-йонни батерии, особено високо-никеловите трикомпонентни катодни материали, които имат относително ниска структурна стабилност. При условия на презареждане или високи -температури, кристалната структура на катодния материал се разпада, освобождавайки кислород. Този кислород реагира бурно с електролита, като допълнително засилва разграждането на електролита и произвежда големи количества газ, главно кислород (O₂) и въглероден диоксид (CO₂). Кислородът ускорява реакциите на горене, увеличавайки риска от запалване на батерията.

Различните анодни материали показват различни характеристики за генериране на газ. По-новите анодни материали, като силициевите аноди, претърпяват значителни промени в обема по време на зареждане и разреждане (степента на разширение може да надхвърли 300%). Това повтарящо се разширяване и свиване на обема непрекъснато уврежда SEI филма, което води до продължаващи странични реакции и непрекъснато генериране на газ. Традиционните графитни аноди, при свръх-разряд или високи-температурни условия, също реагират с електролита, за да генерират газове като водород (H₂), етилен (C₂H₄) и етан (C₂H₆), което влияе върху производителността и безопасността на батерията.

Acey Intelligentе посветен на предоставянето на интегрирани решения на едно гише както за полуавтоматични, така и за напълно автоматични линии за сглобяване на литиеви батерии, обслужващи приложения като системи за съхранение на енергия (ESS), безпилотни летателни апарати (UAV), електрически велосипеди, електрически скутери, електрически инструменти и дву/три колела. Освен това, компанията предлага широка гама от оборудване за сглобяване на батерийни пакети, включително машини за сортиране на клетки, сортиращи батерии, апликатори за изолационна хартия, CCD системи за проверка, ръчни и автоматични точкови заварчици, BMS тестери, комплексни тестери за батерии и системи за тестване на батерийни пакети.

Свържете се сега