Основною причиною газоутворення в літій-іонних акумуляторах є, по суті, результат серії небажаних хімічних і електрохімічних побічних реакцій в акумуляторі. Ці реакції споживають активні компоненти батареї, порушують стабільність внутрішньої структури та утворюють газоподібні продукти. Це не лише призводить до проблем із погіршенням продуктивності, таких як вибухання батареї, зниження ємності та скорочення терміну служби, але в серйозних випадках це також може спричинити загрозу безпеці, наприклад витік батареї, пожежу та навіть вибух. Виходячи з внутрішньої структури та принципу роботи літій-іонних акумуляторів, утворення газу в основному відбувається через наступні п’ять основних аспектів, кожен з яких взаємопов’язаний і часто взаємно індукує та посилює явище утворення газу.
По-перше, розпад електроліту
Електроліт, як основне середовище для транспортування іонів у літій-іонному акумуляторі, складається з органічних розчинників, солей літію та добавок. Його стабільність безпосередньо впливає на безпеку акумулятора. У середовищах із високою -температурою (вище 60 градусів) або коли використовується невідповідна напруга (наприклад, перезарядка або напруга заряджання, що перевищує безпечний діапазон), органічні розчинники в електроліті піддаються реакціям окислення або відновлення та розкладаються, руйнуючи вихідну молекулярну структуру. Цей процес генерує різноманітні гази, насамперед вуглекислий газ (CO₂), чадний газ (CO), метан (CH₄) і етилен (C₂H₄). Серед них CO та інші гази є токсичними, що ще більше підвищує ризики для безпеки.
По-друге, це пошкодження та відновлення плівки SEI
Плівка SEI (інтерфейс твердого електроліту) на поверхні негативного електрода є захисною плівкою, яка природно утворюється під час першого заряджання та розряджання літієвої батареї. Це запобігає прямій реакції електроліту з матеріалом негативного електрода, забезпечуючи нормальну роботу акумулятора. Однак, якщо акумулятор піддається надмірному зарядженню, надмірному-розряду, високим температурам або сильній вібрації, плівка SEI може розірватися. У цей час електроліт знову реагує з матеріалом негативного електрода, намагаючись відновити пошкоджену плівку SEI. Цей повторюваний процес пошкодження та відновлення постійно генерує гази, головним чином водень (H₂), етилен (C₂H₄) і етан (C₂H₆). З часом це може призвести до того, що плівка SEI втратить свою захисну функцію.
По-третє, це надмірна вологість
Літій{0}}іонні батареї мають надзвичайно високі вимоги до внутрішньої вологи. Навіть сліди води (рівень проміле, тобто одна частина на мільйон) можуть викликати серйозні побічні реакції. Волога реагує з основною сіллю літію в електроліті (наприклад, гексафторфосфат літію LiPF₆), утворюючи висококорозійну плавикову кислоту (HF). HF не тільки пошкоджує плівку SEI, але також ініціює ланцюгову реакцію побічних реакцій, включаючи розкладання електроліту та корозію матеріалу електродів, утворюючи такі гази, як водень (H₂), фтористий водень (HF), монооксид вуглецю (CO) і вуглекислий газ (CO₂), одночасно роз'їдаючи внутрішні компоненти акумулятора.
По-четверте, існують побічні реакції, пов'язані з матеріалом катода
Матеріал катода має вирішальне значення для накопичення та вивільнення енергії літій-іонних акумуляторів, особливо матеріалів потрійного катода з високим вмістом-нікелю, які мають відносно низьку структурну стабільність. В умовах надмірного заряду або високої-температури кристалічна структура матеріалу катода руйнується, вивільняючи кисень. Цей кисень бурхливо реагує з електролітом, ще більше посилюючи розкладання електроліту та утворюючи велику кількість газу, головним чином кисню (O₂) і вуглекислого газу (CO₂). Кисень прискорює реакції горіння, збільшуючи ризик займання батареї.
По-п'яте, побічні реакції матеріалу анода
Різні анодні матеріали демонструють різні характеристики газоутворення. Нові анодні матеріали, такі як кремнієві аноди, відчувають значні зміни об’єму під час заряджання та розряджання (швидкість розширення може перевищувати 300%). Це повторюване розширення та звуження об’єму постійно пошкоджує плівку SEI, що призводить до постійних побічних реакцій та безперервного утворення газу. Традиційні графітові аноди в умовах надмірного-розряду або високої{5}}температури також реагують з електролітом, утворюючи такі гази, як водень (H₂), етилен (C₂H₄) і етан (C₂H₆), що впливає на продуктивність і безпеку акумулятора.
про нас
Acey Intelligentспеціалізується на постачанні комплексних рішень як для напівавтоматичних, так і для повністю автоматичних складальних ліній літієвих акумуляторів, які обслуговують такі додатки, як системи накопичення енергії (ESS), безпілотні літальні апарати (БПЛА), електровелосипеди, електроскутери, електроінструменти та дво-/триколісні транспортні засоби. Крім того, компанія пропонує повний асортимент обладнання для складання акумуляторних блоків, включаючи машини для класифікації елементів, сортувальники акумуляторів, аплікатори ізоляційного паперу, системи перевірки ПЗС, ручні та автоматичні апарати для точкового зварювання, тестери BMS, комплексні тестери акумуляторів і системи тестування акумуляторних блоків.
