Ảnh hưởng của độ ẩm đến hiệu suất của pin

Có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất của pin lithium, chẳng hạn như loại vật liệu, mật độ nén của điện cực âm và dương, độ ẩm, mật độ bề mặt lớp phủ và lượng chất điện phân. Trong số đó, độ ẩm có ảnh hưởng quan trọng đến hiệu suất của pin lithium-ion. Độ ẩm là yếu tố chính cần được kiểm soát chặt chẽ trong quá trình sản xuất pin lithium-ion. Độ ẩm quá mức không chỉ có thể gây ra sự phân hủy các muối lithium trong chất điện phân và gây ra hư hỏng cho các vật liệu tích cực và tiêu cực, Bộ thu dòng điện có tác dụng ăn mòn và phá hủy nhất định, và nó còn dẫn đến giảm hiệu suất chu trình và hiệu suất an toàn của pin. Tuy nhiên, lượng nhỏ của độ ẩm có ý nghĩa quan trọng. Phần sau mô tả tác động của độ ẩm đối với hiệu suất của pin lithium.

1. Nhược điểm của độ ẩm quá mức

Trong quá trình sản xuất pin hệ ba / graphit, việc chuẩn bị bùn điện cực dương thường sử dụng hệ thống phân tán gốc dầu, sử dụng PVDF làm chất kết dính và NMP làm dung môi. Khi PVDF gặp độ ẩm quá mức, nó sẽ tạo thành một chất sền sệt, dẫn đến độ lỏng và độ phẳng của bùn kém, không có lợi cho quá trình phủ của bùn. Vì vậy, khi pha chế bùn phải chú ý đến độ ẩm của nguyên liệu, môi trường làm việc, đưa độ ẩm vào trong quá trình hoạt động của nhân viên.

Ngoài việc có tác động rất lớn đến việc chuẩn bị bùn pin lithium, độ ẩm quá cao sẽ gây ra sự phân hủy chất điện phân. Câu trả lời như sau:

Axit flohydric là một axit ăn mòn đặc biệt, có thể gây ra thiệt hại nghiêm trọng cho các vật liệu điện cực âm và dương và bộ thu dòng điện của pin lithium, và cuối cùng dẫn đến các vấn đề về an toàn của pin.

2. Ý nghĩa của nước vi lượng

Tuy nhiên, không phải vì thế mà pin lithium càng ít nước càng tốt. Như chúng ta đã biết, giao diện chất điện ly rắn (thường được gọi là màng SEI) là một màng thấm chọn lọc cho phép Li + đi qua tự do, nhưng các phân tử chất điện ly không thể đi qua. Thành phần của chất điện phân và các chất phụ gia có ảnh hưởng đáng kể đến khả năng hình thành màng SEI, mức độ chặt, mất dung lượng không thể phục hồi của pin và điện trở bên trong của pin. Nước, như một thành phần vi lượng trong chất điện phân, có tác động nhất định đến sự hình thành màng SEI và hiệu suất pin của pin lithium-ion.

Thứ ba, tác động của độ ẩm đến hiệu suất của pin lithium

Trong các hệ thống vật liệu khác nhau, độ ẩm có ảnh hưởng lớn đến hiệu suất của pin. Tuy nhiên, điều không thay đổi là độ ẩm ảnh hưởng đến khả năng sạc và xả đầu tiên, điện trở bên trong, tuổi thọ chu kỳ pin và lượng pin của pin lithium. Lấy ví dụ về hệ thống pin lithium coban oxide / graphite.

1. Ảnh hưởng đến công suất sạc và xả đầu tiên

Độ ẩm có liên quan đến sự hình thành SEI trong pin lithium và chắc chắn sẽ ảnh hưởng đến việc mất dung lượng không thể phục hồi đầu tiên của pin lithium. Như trong hình 1:

Hình 1. Ảnh hưởng của độ ẩm đến khả năng sạc và xả của pin

Khi độ ẩm trong pin nhỏ hơn 0,015%, công suất phóng điện đầu tiên của pin đạt tiêu chuẩn quốc gia và sự thay đổi nhỏ; khi độ ẩm của pin nằm trong khoảng 0,015% đến 0,04%, khả năng phóng điện đầu tiên của pin giảm khi độ ẩm trong pin tăng lên. Khi độ ẩm trong pin nhỏ hơn 0,015%, các phản ứng sau chiếm ưu thế.

Liti alkyl cacbonat được tạo ra bởi quá trình khử một electron cũng có thể phản ứng với nước trong chất điện phân để tạo ra lithium cacbonat.

2ROCO2 Li {{2}} H2O → Li2CO3 +CO2 +2ROH

Khi CO2 được tạo ra, một phản ứng hóa học mới xảy ra trên bề mặt điện cực âm ở thế thấp:

2CO2+2Li+ +2e → Li2CO3 +CO

Có thể thấy rằng một lượng nước thích hợp sẽ giúp hình thành một màng SEI ổn định, đồng nhất và dày đặc do Li2CO3 chi phối. Khi màng SEI bao phủ hoàn toàn điện cực âm, phản ứng không thuận nghịch dừng ngay lập tức.

Khi độ ẩm nằm trong khoảng 0,0150% đến 0,04%, mức tiêu thụ các ion lithium tăng lên, và khả năng sạc và xả của pin giảm, điều này có tác động tiêu cực đến nó.

2. Ảnh hưởng đến nội trở của pin

Nội trở của pin là một trong những thông số đặc trưng quan trọng nhất của pin. Đây là một thông số quan trọng đặc trưng cho tuổi thọ chu kỳ và trạng thái hoạt động của pin, đồng thời là chỉ báo chính về mức độ khó khăn trong việc vận chuyển các ion và electron trong pin. Nội trở chủ yếu bị ảnh hưởng bởi các yếu tố như vật liệu pin, quy trình sản xuất và cấu trúc pin. Điện trở bên trong càng nhỏ, điện áp chiếm khi pin được phóng điện càng nhỏ và nó có thể tạo ra nhiều năng lượng hơn. Đối với pin được lưu trữ trong thời gian dài, nội trở sẽ tăng lên theo thời gian lưu trữ, và hiệu suất của pin sẽ bị ảnh hưởng rất nhiều khi nội trở vượt quá một giá trị nhất định. Vì độ ẩm có ảnh hưởng đến chất lượng của màng SEI trong pin lithium, nên việc giới thiệu ảnh hưởng đến điện trở bên trong của pin.

Trong hệ dung môi điện phân EC / DMC / EMC, một lượng nhỏ nước có thể tạo thành màng SEI dựa trên Li2CO3, ổn định, đồng nhất và dày đặc với nội trở thấp. Khi độ ẩm lớn hơn hàm lượng yêu cầu của hệ thống để tạo thành màng SE I, POF3 và LiF kết tủa trên bề mặt của màng SEI, dẫn đến tăng nội trở của pin. như hình 2:

Hình 2. Ảnh hưởng của độ ẩm đến nội trở của pin

3. Ảnh hưởng đến sự suy giảm dung lượng pin

Độ ẩm ảnh hưởng đến các đặc tính của màng SEI của pin, chẳng hạn như độ đồng đều và độ nén. Khi màng SE I đồng đều và đậm đặc, dung môi điện ly không dễ bị nhúng vào điện cực âm, chiếm chỗ trống chèn Li + nên ít bị suy giảm dung lượng. Ngược lại, khi phần của màng SEI không dày đặc hoặc không đồng nhất, thì tương đối dễ dàng để các khoảng trống chèn Li + bị dung môi điện phân chiếm hết. Li2CO3 là thành phần quan trọng nhất để tạo thành màng SEI đồng nhất và dày đặc. Trong hệ dung môi điện giải EC / DMC / EMC, một lượng nước thích hợp có thể thúc đẩy sự hình thành màng SEI dựa trên Li2CO3. Khi độ ẩm đủ hoặc quá mức, SEI hình thành Màng dày đặc và đồng đều, xác suất dung môi nhúng vào cực dương cacbon càng nhỏ. Đây là nguyên nhân khiến cho sự suy giảm dung lượng pin giảm dần khi độ ẩm tăng dần khi độ ẩm nằm trong khoảng 0,015% đến 0,04%. Khi độ ẩm nhỏ hơn 0,015%, một màng SEI dày đặc hơn được hình thành trên bề mặt của điện cực âm để duy trì dung môi nhúng ở trạng thái cân bằng. Do đó, sự suy giảm dung lượng pin được duy trì ở trạng thái tương đối ổn định.

Hình 3. Ảnh hưởng của độ ẩm đến tốc độ suy giảm dung lượng pin

4. Ảnh hưởng đến độ dày của pin

Hình 4. Ảnh hưởng của độ ẩm đến độ dày của pin

Qua hình vẽ có thể thấy khi độ ẩm tăng lên thì độ dày của pin cũng tăng theo. Khi độ ẩm là do CO2, CO và các khí khác sinh ra trong quá trình hình thành màng SEI. Và khi dư nước, phần nước dư sẽ tiếp tục phản ứng với LiPF6 tạo ra khí HF. Việc sản xuất khí bên trong của pin có liên quan đến sự an toàn của pin. Để tránh các vấn đề nghiêm trọng đầy hơi trong pin, nước bên trong pin phải được kiểm soát chặt chẽ.

người giới thiệu:

[1] Do ron Aurbach, Yair E in-El.i JE lectrochem Soc [J], 1995, 142 (6): 1746

[2] HUANG Feng (黄 峰), ZHOU Yun-Hong (周运鸿). Ba ttery B imonthly (Pin) [J], 2001, 31 (6): 290

[3] Zhang Hailin, He Xiangyun, Li Yan, et al. Ảnh hưởng của độ ẩm điện cực đến hiệu suất của pin lithium ion ［J］. Ngành công nghiệp pin, 2013, 18 (1/2): 44-46.