Elektrolitlarning etishmasligi lityum batareyalarga qanday salbiy ta'sir qiladi?

Batareya ichida litiy{0}}ionlarini tashish uchun asosiy vosita sifatida elektrolitlar "ion o'tkazgich", "elektrod interfeysi himoyachisi" va "zaryad uzatish ko'prigi" sifatida hal qiluvchi rol o'ynaydi. Elektrod faol moddalarining etarli darajada namlanishini va litiy ionini to'siqsiz tashish yo'llarini ta'minlash uchun uning miqdori batareyaning elektrod hajmi, g'ovakliligi va inkapsulyatsiya hajmiga qat'iy mos kelishi kerak. Elektrolitning yetarli emasligi (sanoatda "-elektrolit ostida" deb ataladi) shunchaki muhitning etarli emasligi bilan bog'liq emas; batareyaning ichki elektrokimyoviy muvozanatini buzadi, bu esa ishlashning pasayishiga va xavfsizlikning buzilishiga olib keladigan bir qator zanjirli reaktsiyalarni keltirib chiqaradi. Ushbu zararning aksariyati qaytarib bo'lmaydigan bo'lib, batareyaning ishlash muddati va xavfsizligiga jiddiy ta'sir qiladi. Batareyalarning haqiqiy ishlash tamoyillariga asoslangan quyidagi tahlil uning o'ziga xos salbiy ta'siri va asosiy mexanizmlarini batafsil bayon qiladi.

Aniq tushunish uchun, keling, avvalo, asosiy fikrni aniqlab olaylik: Elektrolitning asosiy vazifasi lityum tuzlarini (masalan, LiPF6, LiFSI va boshqalar) eritib, erkin harakatlanadigan litiy ionlarini ta'minlash va bir vaqtning o'zida ijobiy va salbiy elektrod faol moddalarini (masalan, uchlik materiallar, grafitlar, lityum va boshqalar) namlashdir. ajratuvchi, barqaror elektrod / elektrolit interfeysini (SEI filmi, CEI filmi) qurish, ijobiy va salbiy elektrodlar o'rtasida samarali va barqaror lityum ionlarini tashishni ta'minlaydi.

Elektrolitlar etishmasligining eng to'g'ridan-to'g'ri va intuitiv ta'siri shundaki, batareyaning haqiqiy zaryadsizlanish quvvati loyihaviy quvvatdan sezilarli darajada past bo'ladi va bu quvvatning pasayishi qaytarib bo'lmaydigan bo'lib, tsikl sonining ortishi bilan doimiy ravishda yomonlashadi. Asosiy mexanizm shundan iboratki, musbat va salbiy elektrod faol moddalarni elektrolitlar bilan to'liq namlash mumkin emas; Lityum ionini kiritish/ekstraksiya reaktsiyasida faqat kichik miqdordagi sirt faol moddalar ishtirok etishi mumkin, ko'p miqdordagi ichki faol moddalar esa "bo'sh" bo'lib qoladi va elektrokimyoviy faoliyatni amalga oshira olmaydi.

Strukturaviy nuqtai nazardan, ijobiy va salbiy elektrodlar g'ovakli (odatda 30% dan 50% gacha bo'lgan g'ovaklilik bilan). Lityum ionlarining har bir faol zarracha bilan aloqa qilishiga imkon berish uchun elektrolitlar bu teshiklarni to'liq to'ldirishi kerak. Agar elektrolitlar etarli bo'lmasa, teshiklar ichida uzluksiz elektrolit fazasi hosil bo'lolmaydi va lityum ionlari faqat elektrod yuzasida cheklangan maydon ichida harakatlanishi mumkin. Bu elektrokimyoviy reaktsiyada ishtirok etuvchi litiy ionlari sonini sezilarli darajada kamaytiradi, tushirish vaqtida to'liq mo'ljallangan quvvatni chiqarishga to'sqinlik qiladi.

Bundan tashqari, past elektrolitlar holatida, birinchi zaryad paytida ba'zi namlanmagan faol moddalar barqaror interfaal plyonka hosil qila olmaydi. Keyinchalik elektrolitlar to'ldirilsa ham, ushbu faol materiallar faollikni tiklashi dargumon, bu quvvatning qaytarilmas pasayishiga olib keladi va zaryadlash davrlari orqali dizayn qiymatini tiklashga to'sqinlik qiladi.

ACEY-BCT560-64PLityum batareya quvvatini tekshirgichlitiy{0}}ionli batareyalarni sinovdan o‘tkazish va unumdorligini baholash uchun mukammal yechimdir. Bu{2}}zamonaviy{3}}zamonaviy uskunada kuchlanish, oqim, harorat va boshqalarni turli parametrlarni aniq o‘lchash va tahlil qilish uchun ilg‘or texnologiya mavjud.

Lityum batareyaning ichki qarshiligi asosan uch qismdan iborat: ohmik qarshilik, zaryad o'tkazuvchanligi va diffuziya qarshiligi. Elektrolitlarning etarli emasligi oxirgi ikkisining sezilarli darajada oshishiga olib keladi, natijada batareyaning umumiy ichki qarshiligining keskin o'sishiga olib keladi, bu esa o'z navbatida zaryadlash / tushirish samaradorligiga va chiqish ko'rsatkichlariga ta'sir qiladi.

Bir tomondan, zaryad o'tkazuvchanligining kuchayishi: Zaryad o'tkazish qarshiligi asosan elektrod / elektrolitlar interfeysida yuzaga keladi, bu barqaror interfeys plyonkasi va zaryad o'tkazish uchun etarli elektrolitga tayanadi. Elektrolitlar etarli bo'lmaganda, elektrod yuzasi etarli darajada namlanmaydi va interfaol plyonkalar (SEI filmi, CEI filmi) bir xilda qoplanmaydi. Elektrod yuzasiga litiy ionining kiritilishiga / chiqarilishiga qarshilik kuchayadi, bu zaryad o'tkazilishini sekinlashtiradi va zaryad o'tkazish qarshiligining eksponent ravishda oshishiga olib keladi. Boshqa tomondan, diffuziya qarshiligining kuchayishi: elektrolitdagi lityum ionlarining tarqalish tezligi elektrolitning uzluksizligi va kontsentratsiyasiga bevosita bog'liq. Elektrolitlar etarli emasligi elektrolitlar kontsentratsiyasining notekis bo'lishiga olib keladi, ba'zi hududlar hatto "elektrolit{4}}bo'sh" joylarga aylanadi. Lityum ionlarining diffuziya yo'li bloklanadi, diffuziya masofasi uzoqroq bo'ladi va diffuziya qarshiligi sezilarli darajada oshadi.

Tsikl unumdorligi lityum batareyaning ishlash muddatining asosiy ko'rsatkichi bo'lib, batareyaning takroriy zaryadsizlanish davrlarida barqaror quvvatni saqlab turish qobiliyatini nazarda tutadi-. Elektrolitlarning etishmasligi tsiklning ishlashining keskin yomonlashishiga olib keladi va bitta tsikldan keyin quvvatning keskin va sezilarli pasayishi kabi g'ayritabiiy hodisalarga moyil bo'ladi. Bu, asosan, ichki qarshilik kuchayishi natijasida yuzaga keladigan ayovsiz tsikl.

Yuqorida aytib o'tilganidek, elektrolitlar etarli emasligi ichki qarshilikning kuchayishiga olib keladi. Ichki qarshilik kuchayishining asosiy oqibati batareyani zaryadlash va zaryadsizlantirish paytida mahalliylashtirilgan isitishning kuchayishidir (Joule qonuniga ko'ra Q=I²Rt, doimiy oqim bilan, yuqori ichki qarshilik ko'proq issiqlik hosil bo'lishiga olib keladi). Mahalliy haddan tashqari qizib ketish yuqori haroratlarda elektrolitlarning parchalanishini- tezlashtiradi, elektrolitlar oksidlanish-qaytarilish reaksiyalariga kirishadi, CO₂ va HF kabi gazlarni, shuningdek, inert moddalarni hosil qiladi, qolgan elektrolitni yanada iste'mol qiladi va elektrolitlar yetishmasligiga olib keladi. Bir vaqtning o'zida yuqori haroratlar elektrod / elektrolitlar interfeysidagi barqaror plyonkaga ham zarar etkazadi (SEI plyonkasi yorilib, qayta tiklanadi). Yorilgan SEI plyonkasi o'zini tiklash uchun yana lityum ionlari va elektrolitlarni iste'mol qiladi va zaryad o'tkazish qarshiligini yanada oshiradi.

Bu "past elektrolitlar darajasi → ichki qarshilik kuchayishi → mahalliy isitish → elektrolitlarning parchalanishi → past elektrolitlar darajasining kuchayishi" ning bu ayovsiz aylanishi akkumulyator quvvatini velosipedda aylanish jarayonida doimiy ravishda pasayishiga olib keladi va pasayish tezligi tezlashadi. Davrlar soni ma'lum bir darajaga yetganda, interfaal plyonka to'liq ishlamay qoladi yoki elektrolitlar tugaydi, sig'imning sezilarli pasayishi sodir bo'ladi. Bundan tashqari, past elektrolitlar darajasi, shuningdek, batareyaning aylanishi paytida quvvatsizlikning mustahkamligiga olib keladi. Ko'p hujayrali seriyali batareyalar to'plamida elektrolitlar darajasi past bo'lgan hujayralar birinchi navbatda pasayadi, bu esa butun batareyalar to'plamining ishlashi va ishlash muddatini qisqartiradi.

Etarlicha elektrolitlar tufayli issiqlik hosil bo'lishi ishlashning pasayishi va xavfsizlikning buzilishi o'rtasidagi muhim bog'liqlikdir. Issiqlik ishlab chiqarish asosan ikkita manbadan kelib chiqadi, ular kümülatif ta'sirga ega bo'lib, batareyaning g'ayritabiiy yuqori haroratiga olib keladi va termal qochib ketish xavfini tug'diradi.

• Ichki qarshilik tufayli katalitik issiqlik hosil bo'lishi

Avval aytib o'tganimizdek, elektrolitlarning etarli emasligi ichki qarshilikning keskin o'sishiga olib keladi, zaryadlash va tushirish vaqtida hosil bo'lgan Joule issiqligini sezilarli darajada oshiradi. Bundan tashqari, elektrolitlar etarli emasligi sababli, uning issiqlik tarqalish qobiliyati ham pasayadi (elektrolit ham ma'lum bir issiqlik tarqalish funktsiyasiga ega, elektrodlar tomonidan ishlab chiqarilgan issiqlikni batareyaning korpusiga o'tkazadi).

• Anormal reaktsiya issiqlik hosil bo'lishi

Elektrolitlarning etarli emasligi elektrod interfeysi plyonkasida beqarorlikni keltirib chiqaradi, bu esa uni yon reaktsiyalarga moyil qiladi. Bu zaryadlash va tushirish vaqtida batareya korpusi haroratining sezilarli darajada oshishi sifatida namoyon bo'ladi (odatda zaryadlash va tushirish harorati odatda 20-45 daraja, lekin etarli elektrolitlar bo'lmagan batareyalar 50 darajadan oshib ketishi mumkin), ayniqsa zaryad olayotganda seziladi, ba'zan hatto "tegish uchun issiq" bo'ladi. Agar batareya yuqori tezlikda zaryadlangan va zaryadsizlangan bo'lsa, issiqlik hosil bo'lishi yanada kuchayadi, elektrolitlar parchalanish haroratidan (odatda 60 darajadan yuqori) oshib ketadi, elektrolitlar parchalanishi va elektrodning qarishini tezlashtiradi va keyingi nosozliklar uchun potentsial xavfsizlik xavfini yaratadi. Bundan tashqari, uzoq vaqt issiqlik hosil bo'lishi batareya korpusining deformatsiyasiga va plomba qarishiga olib kelishi mumkin, bu esa elektrolitlar oqishi va batareyaning holatini yanada yomonlashishiga olib kelishi mumkin.

ACEY-BCT506-512Hbatareyaning zaryadsizlanishini tekshirish uskunasireal vaqt rejimida taqsimlangan akkumulyator hosil bo‘lishining haqiqiy-vaqt kuchlanishi, toki, quvvati, energiyasi, hosil bo‘lish holati va boshqa parametrlarini kuzatish, nosozliklarni aniqlash va qayta ishlash, tegishli ma’lumotlarni qayd etish va tahlil qilish, shakllantirish jarayonida qarovsiz va partiyaviy ishlov berishni amalga oshirish uchun qo‘lda ishlash o‘rniga zamonaviy elektron monitoring va nazorat qurilmalaridan foydalanadi, Uskunani markazlashtirilgan monitoringi va texnik xizmat ko‘rsatish uchun kompyuterni boshqarish dasturi.

Bu elektrolitlar yetishmasligining eng jiddiy salbiy taʼsiri boʻlib, batareya xavfsizligiga bevosita taʼsir qiladi va elektrolitlar yetarli boʻlmagan akkumulyatorlar uchun-asosiy nosozlik usullaridan birini ifodalaydi. Lityum qoplamasining asosiy sababi: elektrolitning etarli emasligi salbiy elektrodning mahalliy namlanishiga olib keladi, natijada SEI plyonkasi notekis shakllanadi. Lityum ionlari grafit qatlamlari orasiga to'g'ri joylasha olmaydi va faqat metall litiyni salbiy elektrod yuzasiga (ya'ni, "lityum qoplama") qo'yishi mumkin, bu batareya ichidagi musbat va salbiy elektrodlar o'rtasida to'g'ridan-to'g'ri aloqani keltirib chiqaradi va ichki qisqa tutashuvni keltirib chiqaradi.

Ichki qisqa tutashuv bir zumda katta miqdorda issiqlik hosil qiladi, bu esa batareyaning harorati keskin ko'tarilishiga olib keladi (bir zumda 100 darajadan oshadi), bu termal qochib ketishiga olib keladi. Yuqori haroratlar elektrolitning kuchli parchalanishiga olib keladi va ko'p miqdorda yonuvchi va portlovchi gazlarni (masalan, CO va CH4) hosil qiladi. Batareyaning ichki bosimi keskin ko'tarilib, oxir-oqibat batareya korpusining yorilishi va oqishiga olib keladi. Agar gaz havo bilan aloqa qilsa yoki ichki harorat elektrolitlar yoki elektrod materiallarining ateşleme nuqtasiga etib borsa, u yonishi yoki hatto portlashi mumkin. Bundan tashqari, ichki qisqa tutashuv bo'lmasa ham, yotqizilgan metall lityum elektrolitlar bilan reaksiyaga kirishib, elektrolitlar va litiy ionlarini iste'mol qiladi, bu esa batareyaning ishlashining yomonlashishini va xavfsizlik xavfini yanada tezlashtiradi. Jiddiy elektrolitlar bilan batareyani qismlarga ajratishda metall lityum konlari hatto salbiy elektrod yuzasida bevosita kuzatilishi mumkin va u yonib ketishga moyil.

Lityum batareyalarda elektrolitlar etishmasligi "kichik nuqson" emas, balki batareyani ichkaridan tashqariga qaytarib bo'lmaydigan zarar etkazadi, bu esa ishlash, ishlash muddati va xavfsizlikka ta'sir qiladi. Uning ta'sirida "zanjir reaktsiyasi" xarakteristikasi namoyon bo'ladi: elektrolitning etarli emasligi → etarli darajada namlanmasligi → litiy ionlarining to'siqlari → ichki qarshilikning kuchayishi → issiqlik hosil bo'lishining kuchayishi → elektrolitlar parchalanishining kuchayishi → elektrolitning etarli emasligi → litiyning cho'kishi → ichki qisqa tutashuv → yong'in va portlash. Haqiqiy ishlab chiqarish va foydalanishda ishlatiladigan elektrolitlar miqdori qat'iy nazorat qilinishi kerak, odatda elektrolitlar bilan bog'liq muammolar etarli bo'lmasligi uchun elektrod g'ovakligi va batareya hajmi kabi parametrlar asosida aniq hisoblab chiqiladi.

Batareya diapazonining sezilarli darajada qisqarishi (sig'imning pasayishi 20% dan ortiq), zaryadlash va tushirish paytida g'ayritabiiy isitish, haddan tashqari yuqori zaryadlash kuchlanishi, haddan tashqari past zaryadsizlanish kuchlanishi yoki velosipedda ishlash vaqtida quvvatning keskin pasayishini ko'rsatsa, bu elektrolitlar etarli emasligini ko'rsatishi mumkin. O'z vaqtida tekshirish va texnik xizmat ko'rsatish batareyaning shikastlanishi yoki xavfsizlik hodisalarining oldini olish uchun juda muhimdir. Quvvat batareyalari va energiya saqlash batareyalari kabi katta batareya paketlari uchun elektrolitlarning etarli emasligi butun tizimning barqarorligiga ta'sir qilishi mumkin, bu esa diqqatni jamlash va oldini olishni talab qiladi.

Hozir bog'laning