Làm thế nào để cải thiện hiệu ứng xâm nhập của chất điện phân trên mảnh cực?

1. Khái niệm chất điện phân

Chất điện phân là một dây dẫn ion dẫn giữa các điện cực dương và âm của pin. Trong quá trình sạc và xả, các ion lithium được truyền qua lại giữa các điện cực dương và âm. Chất điện phân có tác động tương đối lớn đến hiệu suất sạc và xả của pin (tốc độ cao và thấp), tuổi thọ (lưu trữ theo chu kỳ) và phạm vi ứng dụng nhiệt độ.

Dung môi thích hợp đòi hỏi độ nhớt điện môi cao và độ nhớt thấp. Các cacbonat alkyl thường được sử dụng như PC và EC có độ phân cực mạnh và hằng số điện môi cao, nhưng độ nhớt lớn và lực liên phân tử lớn, và các ion lithium di chuyển trong đó. Tốc độ chậm. Este tuyến tính, chẳng hạn như DMC (dimethyl cacbonat) và DEC (diethyl cacbonat), có độ nhớt thấp nhưng hằng số điện môi thấp. Do đó, để có được các giải pháp có độ dẫn điện ion cao, chúng thường được sử dụng PC + DEC, EC + DMC và các dung môi hỗn hợp khác.

Chất điện phân được sử dụng trong pin lithium ion thường phải đáp ứng các yêu cầu cơ bản sau:

A. Độ dẫn ion cao, thường phải đạt 1× 10-3 ~ 2 × 10-2 S / cm;

B. Ổn định nhiệt và hóa học cao, không có sự tách biệt xảy ra trong một dải điện áp rộng;

C. Một cửa sổ điện hóa rộng, để duy trì sự ổn định của hiệu suất điện hóa trong một phạm vi điện áp rộng;

D. Nó có khả năng tương thích tốt với các bộ phận khác của pin như vật liệu điện cực, bộ thu dòng điện cực và máy tách;

E. An toàn, không độc hại và không gây ô nhiễm.

2. Hiệu ứng xâm nhập chất điện phân

Khi pin lithium đạt tiêu chuẩn loại bỏ hoặc đột nhiên thất bại, nó thường được tháo rời để phân tích mục đích của sự suy giảm hiệu suất của pin hoặc thả. Khi biên tập viên tháo rời và phân tích pin lithium, người ta thấy rằng pin có hiệu suất chu kỳ kém thường liên quan đến hiệu ứng xâm nhập kém của chất điện phân trên mảnh cực. Khi hiệu ứng xâm nhập chất điện phân không tốt, đường truyền ion trở nên xa hơn, cản trở việc đưa các ion lithium giữa các điện cực dương và âm. Các mảnh cực không tiếp xúc với chất điện phân không thể tham gia vào phản ứng điện hóa của pin và khả năng chống giao diện của pin tăng lên, ảnh hưởng đến lithium Hiệu suất tốc độ, công suất xả và tuổi thọ của pin.

Vì vậy, để tránh tất cả các loại nhược điểm, chúng ta cần phải tìm một cách để làm cho chất điện phân càng nhiều càng tốt ngâm mảnh cực. Tất nhiên, xem xét vấn đề chi phí, chúng ta cần sử dụng lượng chất điện giải thích hợp nhất có thể. Lượng chất điện giải ảnh hưởng đến hiệu suất của pin.

3. Làm thế nào để cải thiện độ wettability của chất điện giải

Sự xâm nhập chất điện phân của mảnh cực liên quan đến sự tiếp xúc ba pha của rắn, lỏng và khí. Khi chất điện phân được tiêm vào ắc quy, chất điện phân trước tiên phải xả không khí trong trường hợp, và sau đó chất điện phân sẽ bám vào bề mặt của các vật liệu hoạt tính dương và âm, và một số chất điện phân sẽ đi vào điện cực dương-cơ hoành âm thông qua cơ hoành của lõi quanh co. Giữa. Thời gian trôi qua, chất điện phân sẽ xâm nhập vào các mảnh cực, và chất điện phân trong cơ hoành sẽ xâm nhập vào các mảnh cực theo hướng ngược lại. Khi thời gian đứng dài đến một mức độ nhất định, dưới tác động của căng thẳng bề mặt, sự xâm nhập của các mảnh cực sẽ đạt đến trạng thái cân bằng.

Trong quá trình này, một khái niệm "góc tiếp xúc" (góc ướt) trong hóa học vật lý có liên quan. Như được hiển thị trong hình dưới đây, vùng màu xanh trong hình đại diện cho chất lỏng và vùng màu xám đại diện cho giao diện rắn. Sau đó, khu vực tiếp xúc màu xanh và xám là giao diện tiếp xúc rắn lỏng. Vị trí tiếp tuyến của chất lỏng giao nhau giao diện rắn tạo thành một góc θ. Góc tiếp xúc càng nhỏ, độ trung thực của chất điện phân đến mảnh cực hoặc cơ hoành càng tốt. .

Tuy nhiên, trong quá trình hoạt động thực tế, thường không thể nắm bắt được hiệu ứng xâm nhập của chất điện phân trên mảnh cực. Theo nguyên tắc xâm nhập chất điện phân được đề cập ở trên, chúng ta có thể tìm cách cải thiện hiệu quả xâm nhập của chất điện phân trên mảnh cực từ các điểm sau:

(1) Cải thiện quá trình tiêm

Cải thiện quá trình tiêm chất lỏng là phương pháp thông thường nhất, có thể cải thiện hiệu quả xâm nhập của chất điện giải về hiệu quả tiêm chất lỏng, điều kiện tiêm chất lỏng, thời gian đứng và phương pháp tiêm chất lỏng.

Tiêm chất lỏng trong điều kiện chân không không chỉ tạo điều kiện cho việc xả khí trong tế bào, mà còn làm giảm sức đề kháng của khí để tiêm chất điện giải, và giúp chất điện phân xâm nhập vào các mảnh cực. Nguyên tắc là phun chân không có thể làm giảm sự tồn tại của kháng khí tại giao diện ba pha rắn-khí-lỏng, cho phép chất điện phân tiếp xúc trực tiếp với mảnh cực, giảm thời gian xâm nhập.

Bằng cách kéo dài thời gian đứng dưới chân không, nó có thể đảm bảo rằng chất điện phân được thâm nhập hoàn toàn vào mảnh cực. Sau khi tiêm chất lỏng, khi thời gian đứng kéo dài, góc làm ướt giữa dung dịch điện cực và mảnh cực giảm dần, và bán kính làm ướt tăng dần, và cuối cùng đạt được hiệu quả làm ướt tốt.

Để tránh hiện tượng xâm nhập điện giải không đủ của cơ hoành và miếng cực, chất điện phân có thể được tiêm theo lô để tạo điều kiện cho chất điện phân xâm nhập hoàn toàn vào các mảnh cực. Về nguyên tắc, phương pháp hoạt động này là tăng xác suất tiếp xúc rắn-lỏng và mở rộng diện tích tiếp xúc. , Trong trường hợp cùng một lượng chất điện giải, thời gian xâm nhập có thể được rút ngắn.

(2) Cải thiện quy trình cốt lõi

Hiệu ứng xâm nhập điện phân không liên quan đến tính chất của các hạt vật liệu điện cực, mật độ nén của các mảnh cực và độ kín của lõi. Hình thái khác nhau và kích thước hạt của các vật liệu hoạt động tích cực và tiêu cực, các tác nhân dẫn điện và chất điện phân có tác dụng xâm nhập khác nhau trên các mảnh cực. Kích thước hạt của nguyên liệu càng lớn, hình dạng hình cầu càng gần, tỷ lệ thâm nhập chất điện phân càng lớn và thời gian xâm nhập càng dài. Ngắn. Khi mật độ nén của mảnh cực quá lớn, độ xốp trong mảnh cực sẽ giảm, điều này không có lợi cho sự xâm nhập điện phân của mảnh cực. Nó là cần thiết để điều chỉnh mật độ nén thích hợp để đáp ứng sự xâm nhập chất điện phân trong điều kiện đảm bảo trở kháng pin thấp. Mức độ. Tương tự như vậy, độ kín của ngăn xếp tế bào hoặc cuộn dây cũng sẽ ảnh hưởng đến sự xâm nhập của chất điện phân.

Khi cuộn dây lỏng lẻo hơn, các lỗ chân lông giữa điện cực dương-bộ tách-điện cực âm lớn hơn, và lượng chất điện phân tích lũy lớn hơn, dẫn đến làm giàu ở một số nơi và thiếu ở một số nơi, chắc chắn có tác động lớn đến hiệu suất của pin. Khi cuộn dây chặt chẽ, nó sẽ ảnh hưởng đến tốc độ xâm nhập và hiệu quả của chất điện phân, điều này không mong muốn.

(3) Thêm chất lọc điện giải

Chất điện phân thường được sử dụng là một dung môi hữu cơ, và mảnh cực là một vật liệu vô cơ, vì vậy khả năng hấp thụ chất điện phân là yếu. Thêm các chất phụ gia vào chất điện giải cũng có thể cải thiện sự xâm nhập của chất điện phân. Liu Fangfang và những người khác đã sử dụng một vật liệu fluoroether như một chất phụ gia cho chất điện phân. Kết quả kiểm tra cho thấy việc thêm một lượng nhỏ chất lọc vào chất điện phân có thể rút ngắn thời gian phun pin một cách hiệu quả và cải thiện đáng kể hiệu suất chu kỳ của pin, nhưng cần lưu ý rằng nó được sử dụng như một chất lọc. Khi số tiền bổ sung đạt 1%, nó sẽ có tác động tiêu cực đến hiệu suất chu kỳ.

Bản chất của chất định cỡ là chất hoạt động bề mặt. Đây là loại đại lý kích thước có những ưu điểm của hoạt động bề mặt cao, ổn định nhiệt độ cao, dễ cháy thấp, và ổn định hóa học cao. Thêm chất kích thước vào chất điện phân có thể làm giảm sức căng bề mặt của chất lỏng. Cải thiện khả năng làm ướt và khả năng thâm nhập của chất điện phân vào mảnh cực, do đó cải thiện hiệu suất điện hóa của pin.

Thông qua một số phương pháp trên, hiệu ứng xâm nhập của chất điện phân trên mảnh cực có thể được cải thiện hiệu quả. Rút ngắn thời gian xâm nhập có thể tiết kiệm chi phí sản xuất, cải thiện hiệu ứng xâm nhập, giảm trở kháng giao diện pin và cải thiện hiệu quả sử dụng vật liệu hoạt động, do đó tăng dung lượng pin và cải thiện đặc tính tốc độ xả.