Osnovni uzrok stvaranja plina u litij-ionskim baterijama u biti je rezultat niza nepoželjnih kemijskih i elektrokemijskih nusreakcija unutar baterije. Ove reakcije troše aktivne komponente u bateriji, narušavaju stabilnost unutarnje strukture i stvaraju plinovite proizvode. To ne samo da dovodi do problema s degradacijom performansi kao što je izbočenje baterije, opadanje kapaciteta i skraćeni životni ciklus, već u teškim slučajevima također može uzrokovati sigurnosne opasnosti poput curenja baterije, požara, pa čak i eksplozije. Na temelju unutarnje strukture i principa rada litij-ionskih baterija, proizvodnja plina uglavnom proizlazi iz sljedećih pet ključnih aspekata, od kojih je svaki međusobno povezan i često međusobno inducira i pogoršava fenomen proizvodnje plina.
Prvo, razgradnja elektrolita
Elektrolit, kao središnji medij za prijenos iona unutar litij-ionske baterije, sastoji se od organskih otapala, litijevih soli i aditiva. Njegova stabilnost izravno utječe na sigurnost baterije. U okruženjima visoke -temperature (iznad 60 stupnjeva) ili kada se koristi neodgovarajući napon (kao što je prekomjerno punjenje ili napon punjenja koji prelazi siguran raspon), organska otapala u elektrolitu podliježu reakcijama oksidacije ili redukcije i razgrađuju se, razgrađujući izvornu molekularnu strukturu. Ovaj proces stvara niz plinova, prvenstveno ugljikov dioksid (CO₂), ugljikov monoksid (CO), metan (CH₄) i etilen (C₂H₄). Među njima su CO i drugi plinovi otrovni, što dodatno povećava sigurnosne rizike.
Drugo, tu je oštećenje i ponovna izgradnja SEI filma
SEI (solid electrolyte interface) film na površini negativne elektrode je zaštitni film koji se prirodno stvara tijekom prvog punjenja i pražnjenja litijeve baterije. Sprječava izravnu reakciju elektrolita s materijalom negativne elektrode, osiguravajući normalan rad baterije. Međutim, kada je baterija izložena prekomjernom punjenju, prekomjernom-pražnjenju, visokim temperaturama ili jakim vibracijama, SEI film može puknuti. U to će vrijeme elektrolit ponovno reagirati s materijalom negativne elektrode, pokušavajući popraviti oštećeni SEI film. Ovaj ponovljeni proces oštećenja i popravka kontinuirano stvara plinove, uglavnom uključujući vodik (H₂), etilen (C₂H₄) i etan (C₂H₆). S vremenom to može dovesti do toga da SEI film izgubi svoju zaštitnu funkciju.
Treće, postoji prekomjerna vlažnost
Litij-ionske baterije imaju izuzetno visoke zahtjeve za unutrašnji sadržaj vlage. Čak i tragovi vode (razina ppm, tj. jedan dio na milijun) mogu izazvati ozbiljne nuspojave. Vlaga reagira s jezgrom litijeve soli u elektrolitu (kao što je litijev heksafluorofosfat LiPF₆) i proizvodi visoko korozivnu fluorovodičnu kiselinu (HF). HF ne samo da oštećuje SEI film, već također dodatno pokreće lančanu reakciju nuspojava, uključujući razgradnju elektrolita i koroziju materijala elektrode, proizvodeći plinove kao što su vodik (H₂), vodikov fluorid (HF), ugljični monoksid (CO) i ugljični dioksid (CO₂), dok istovremeno nagriza unutarnje komponente baterije.
Četvrto, postoje nuspojave vezane uz materijal katode
Materijal katode ključan je za pohranjivanje energije i oslobađanje litij-ionskih baterija, posebno materijali ternarne katode s-niklom, koji imaju relativno slabu strukturnu stabilnost. U uvjetima prenapunjenosti ili visoke-temperature, kristalna struktura materijala katode kolabira, oslobađajući kisik. Ovaj kisik burno reagira s elektrolitom, dodatno intenzivirajući razgradnju elektrolita i proizvodeći velike količine plina, uglavnom kisika (O₂) i ugljičnog dioksida (CO₂). Kisik ubrzava reakcije izgaranja, povećavajući rizik od požara baterije.
Peto, sporedne reakcije anodnog materijala
Različiti anodni materijali pokazuju različite karakteristike stvaranja plina. Noviji anodni materijali, kao što su silicijske anode, doživljavaju značajne promjene volumena tijekom punjenja i pražnjenja (stope ekspanzije mogu premašiti 300%). Ovo opetovano širenje i skupljanje volumena neprestano oštećuje SEI film, što dovodi do stalnih nuspojava i kontinuiranog stvaranja plina. Tradicionalne grafitne anode, pod uvjetima prekomjernog-pražnjenja ili visoke-temperature, također reagiraju s elektrolitom stvarajući plinove kao što su vodik (H₂), etilen (C₂H₄) i etan (C₂H₆), što utječe na performanse i sigurnost baterije.
o nama
Acey Inteligentniposvećena je isporuci integriranih rješenja na jednom mjestu za poluautomatske i potpuno automatske linije za sklapanje paketa litijskih baterija, opslužujući aplikacije kao što su sustavi za pohranu energije (ESS), bespilotne letjelice (UAV), e-bicikli, e-skuteri, električni alati i vozila na dva/tri kotača. Osim toga, tvrtka nudi sveobuhvatan asortiman opreme za sklapanje paketa baterija, uključujući strojeve za ocjenjivanje ćelija, razvrstivače baterija, aplikatore za izolacijski papir, CCD sustave za inspekciju, ručne i automatske aparate za točkasto zavarivanje, BMS testere, sveobuhvatne testere baterija i sustave za testiranje paketa baterija.
