Вздутие (также известное как вздутие) — распространенное явление при выходе из строя литиевой батареи, создающее угрозу безопасности (например, пожар или взрыв) и обычно требующее немедленного прекращения использования.
Суть вздутия заключается в образовании избыточного газа внутри аккумулятора, что приводит к повышению давления и деформации корпуса или внутренних ячеек. Это обычное явление для аккумуляторов в пакетиках. Немного большее выделение газа в призматических батареях может привести к недостаточной толщине батареи, а в тяжелых случаях может привести к открытию взрывозащищенного-клапана.
К причинам вздутия аккумулятора относятся:
I. Внутренние химические реакции с образованием газа (основная причина)
1.1 Разложение электролита
Перезарядка:Когда напряжение слишком высокое, структура материала положительного электрода становится нестабильной, выделяя активный кислород, который бурно реагирует с электролитом, выделяя большое количество тепла и газа (например, CO₂, CO).
Высокая-температура окружающей среды:Органические растворители в электролите (например, карбонаты) легко разлагаются и выделяют газ при высоких температурах.
1.2 Разложение и регенерация пленки SEI
Во время нормальной циклической работы поверхность раздела твердого электролита (пленка SEI) на поверхности отрицательного электрода слегка восстанавливается, потребляя электролит и выделяя небольшое количество газа. При перезарядке или высоких температурах пленка SEI значительно разлагается, обнажая отрицательный электрод (например, графит), который реагирует с электролитом с образованием водорода и алкановых газов.
1.3 Реакция на примеси влаги
Если в процессе производства влага попадает в электролит, соли лития (например, LiPF₆) вступают в реакцию с водой с образованием HF (коррозионного вещества) и водорода, что приводит к набуханию и повреждению материала.
1.4 Литиевое покрытие отрицательного электрода
Во время зарядки при низкой-температуре, зарядке при высоком-токе или старении отрицательного электрода ионы лития могут напрямую восстанавливаться до металлического лития на поверхности отрицательного электрода (литиевое покрытие), а не внедряться в графитовый слой.
Металлический литий вступает в реакцию с электролитом с образованием газов, таких как водород, а также может пробить сепаратор, вызывая короткое замыкание.
Выше описаны причины, по которым вздуваются аккумуляторы, которые являются основными причинами (механизмами) газообразования. Добыча газа неизбежна; Даже при идеальном дизайне, оптимальном выборе материалов и тщательном производственном процессе батареи будут выделять газ. Незначительные количества газа допустимы, и внутреннее пространство аккумулятора позволяет их разместить.
Однако необоснованные дефекты конструкции и производства могут ускорить выделение газа, а неправильное использование аккумуляторов также ускорит выделение газа. Нижеследующее в основном описывает проблемы генерации газа, вызванные этими факторами;
II. Конструктивные и производственные дефекты
2.1 Проблемы производственного процесса
Неправильный контроль влажности в производственной среде приводит к чрезмерной влажности внутри элемента аккумулятора.
Неравномерное покрытие электродов и несоосность намотки/укладки могут привести к локализованной концентрации напряжения или риску короткого-замыкания.
АСЕИ-ГФУ250машина для нанесения покрытия на электродышироко используются в исследованиях различных-пленочных покрытий, включая керамику, кристаллические структуры, аккумуляторные материалы и специализированные наноматериалы.
Плохая герметизация приводит к утечке газа или плохой герметизации.
2.2 Дефекты материала (сепаратор)
Плохое качество (неравномерная пористость, низкая механическая прочность) делает его склонным к усадке или разрыву.
Неправильный состав присадки к электролиту приводит к ухудшению пленкообразующих-свойств.
2.3 Неисправность предохранительного клапана
Некоторые мягкие-аккумуляторные или цилиндрические батареи имеют плохо спроектированные предохранительные клапаны, которые не могут вовремя сбросить давление при его повышении.
III. Неправильные условия использования (частые причины)
3.1 Перезарядка/разрядка
Перезарядка:Структура положительного электрода разрушается, выделяя кислород и ускоряя разложение электролита.
Чрезмерный-разряд (низкое напряжение):Медный токосъемник на отрицательном электроде растворяется, что приводит к короткому замыканию и выделению газа.
3.2. Высокая-окружающая среда
Длительное воздействие высоких температур (например, прямых солнечных лучей или высоких температур внутри автомобиля) вызывает экспоненциальное увеличение скорости побочных реакций.
Зарядка и разрядка с высоким-током приводит к накоплению внутреннего тепла.
3.3 Механические повреждения
Сжатие, прокол или падение могут вызвать внутреннюю структурную деформацию, что приведет к микро-короткому замыканию или утечке электролита.
3.4. Длительное-хранение в режиме простоя
Хранение аккумулятора в течение длительного времени при слишком высоком или низком уровне заряда приводит к продолжению побочных реакций.медленно, постепенно выделяя газ.