Основная причина образования газа в литий-ионных-аккумуляторах по существу является результатом ряда нежелательных химических и электрохимических побочных реакций внутри аккумулятора. Эти реакции расходуют активные компоненты батареи, нарушают стабильность внутренней структуры и образуют газообразные продукты. Это не только приводит к проблемам снижения производительности, таким как вздутие батареи, снижение емкости и сокращение срока службы, но в серьезных случаях также может стать причиной угроз безопасности, таких как утечка батареи, пожар и даже взрыв. В зависимости от внутренней структуры и принципа работы литий-ионных аккумуляторов образование газа в основном обусловлено следующими пятью основными аспектами, каждый из которых взаимосвязан и часто взаимно вызывает и усугубляет явление образования газа.
Во-первых, разложение электролита
Электролит, являющийся основной средой для переноса ионов внутри литий-ионного-аккумулятора, состоит из органических растворителей, солей лития и добавок. Его стабильность напрямую влияет на безопасность аккумулятора. В условиях высоких-температур (выше 60 градусов) или при использовании неправильного напряжения (например, при перезарядке или зарядном напряжении, превышающем безопасный диапазон) органические растворители в электролите подвергаются реакциям окисления или восстановления и разлагаются, разрушая первоначальную молекулярную структуру. В результате этого процесса образуются различные газы, в первую очередь диоксид углерода (CO₂), окись углерода (CO), метан (CH₄) и этилен (C₂H₄). Среди них CO и другие газы токсичны, что еще больше увеличивает риски для безопасности.
Во-вторых, это повреждение и восстановление пленки SEI.
Пленка SEI (интерфейс твердого электролита) на поверхности отрицательного электрода представляет собой защитную пленку, которая естественным образом образуется во время первой зарядки и разрядки литиевой батареи. Он предотвращает прямую реакцию электролита с материалом отрицательного электрода, обеспечивая нормальную работу батареи. Однако, когда аккумулятор подвергается перезарядке, чрезмерной-разрядке, высоким температурам или сильной вибрации, SEI-пленка может разорваться. В это время электролит снова вступит в реакцию с материалом отрицательного электрода, пытаясь восстановить поврежденную пленку SEI. Этот повторяющийся процесс повреждения и ремонта постоянно выделяет газы, в основном содержащие водород (H₂), этилен (C₂H₄) и этан (C₂H₆). Со временем это может привести к тому, что пленка SEI потеряет свою защитную функцию.
В-третьих, излишняя влажность.
Литий-ионные-аккумуляторы предъявляют чрезвычайно высокие требования к содержанию внутренней влаги. Даже следы воды (уровень ppm, т.е. одна часть на миллион) могут вызвать серьезные побочные реакции. Влага реагирует с основной литиевой солью в электролите (например, гексафторфосфатом лития LiPF₆) с образованием высококоррозионной плавиковой кислоты (HF). HF не только повреждает пленку SEI, но также запускает цепную реакцию побочных реакций, включая разложение электролита и коррозию материала электродов, с образованием таких газов, как водород (H₂), фторид водорода (HF), окись углерода (CO) и диоксид углерода (CO₂), одновременно вызывая коррозию внутренних компонентов батареи.
В-четвертых, существуют побочные реакции, связанные с материалом катода.
Материал катода имеет решающее значение для хранения и высвобождения энергии в литий-ионных батареях-, особенно в тройных катодных материалах с высоким-никелем, которые имеют относительно низкую структурную стабильность. В условиях перезаряда или высоких-температур кристаллическая структура материала катода разрушается, выделяя кислород. Этот кислород бурно реагирует с электролитом, еще больше усиливая разложение электролита и образуя большое количество газа, в основном кислорода (O₂) и углекислого газа (CO₂). Кислород ускоряет реакции горения, увеличивая риск возгорания аккумулятора.
В-пятых, побочные реакции материала анода.
Различные материалы анода обладают разными характеристиками газогенерации. Новые материалы анодов, такие как кремниевые аноды, претерпевают значительные изменения объема во время заряда и разряда (степень расширения может превышать 300%). Это повторяющееся расширение и сжатие объема постоянно повреждает пленку SEI, что приводит к постоянным побочным реакциям и непрерывному образованию газа. Традиционные графитовые аноды в условиях чрезмерного-разряда или высоких-температур также вступают в реакцию с электролитом с образованием таких газов, как водород (H₂), этилен (C₂H₄) и этан (C₂H₆), что влияет на производительность и безопасность аккумулятора.
о нас
Эйси Интеллектуальныйспециализируется на предоставлении интегрированных универсальных решений как для полуавтоматических, так и для полностью автоматических линий сборки литиевых батарей, обслуживающих такие приложения, как системы накопления энергии (ESS), беспилотные летательные аппараты (БПЛА), электронные велосипеды, электронные скутеры, электроинструменты и двух-/трехколесные транспортные средства. Кроме того, компания предлагает широкий ассортимент оборудования для сборки аккумуляторных блоков, включая машины для сортировки элементов, сортировщики аккумуляторов, аппликаторы изоляционной бумаги, системы контроля CCD, ручные и автоматические аппараты для точечной сварки, тестеры BMS, комплексные тестеры аккумуляторов и системы тестирования аккумуляторных батарей.
