Cauzele și explicația producției de gaz în bateriile cu litiu-ion

Cauza principală a producerii de gaz în bateriile cu litiu-ion este în esență rezultatul unei serii de reacții secundare chimice și electrochimice nedorite din cadrul bateriei. Aceste reacții consumă componentele active din baterie, perturbă stabilitatea structurii interne și generează produse gazoase. Acest lucru nu numai că duce la probleme de degradare a performanței, cum ar fi bombarea bateriei, scăderea capacității și ciclul de viață scurtat, dar, în cazuri severe, poate provoca și pericole de siguranță, cum ar fi scurgerile bateriei, incendiul și chiar explozia. Pe baza structurii interne și a principiului de funcționare al bateriilor cu litiu-ion, producția de gaz provine în principal din următoarele cinci aspecte de bază, fiecare interconectat și adesea inducând și exacerbând reciproc fenomenul producției de gaz.

Electrolitul, ca mediu de bază pentru transportul ionilor într-o baterie cu litiu-ion, este compus din solvenți organici, săruri de litiu și aditivi. Stabilitatea sa afectează direct siguranța bateriei. În medii cu temperatură ridicată (peste 60 de grade) sau când este utilizată tensiune necorespunzătoare (cum ar fi supraîncărcarea sau tensiunea de încărcare care depășește intervalul de siguranță), solvenții organici din electrolit suferă reacții de oxidare sau reducere și se descompun, distrugând structura moleculară inițială. Acest proces generează o varietate de gaze, în primul rând dioxid de carbon (CO₂), monoxid de carbon (CO), metan (CH₄) și etilenă (C₂H₄). Printre acestea, CO și alte gaze sunt toxice, crescând și mai mult riscurile de siguranță.

Pelicula SEI (interfață cu electrolit solid) de pe suprafața electrodului negativ este o peliculă protectoare care se formează în mod natural în timpul primei încărcări și descărcări a unei baterii cu litiu. Împiedică electrolitul să reacționeze direct cu materialul electrodului negativ, asigurând funcționarea normală a bateriei. Cu toate acestea, atunci când bateria este supusă la supraîncărcare, supra-descărcare, temperaturi ridicate sau vibrații severe, pelicula SEI se poate rupe. În acest moment, electrolitul va reacționa din nou cu materialul electrodului negativ, încercând să repare filmul SEI deteriorat. Acest proces repetat de deteriorare și reparare generează în mod continuu gaze, incluzând în principal hidrogen (H₂), etilenă (C₂H₄) și etan (C₂H₆). În timp, acest lucru poate duce la pierderea funcției de protecție a filmului SEI.

Bateriile cu litiu-ion au cerințe extrem de ridicate pentru conținutul de umiditate internă. Chiar și urme de apă (nivel în ppm, adică o parte pe milion) pot declanșa reacții secundare grave. Umiditatea reacţionează cu miezul de sare de litiu din electrolit (cum ar fi hexafluorofosfatul de litiu LiPF₆) pentru a produce acid fluorhidric (HF) foarte corosiv. HF nu numai că deteriorează filmul SEI, dar declanșează și o reacție în lanț de reacții secundare, inclusiv descompunerea electrolitului și coroziunea materialului electrodului, producând gaze precum hidrogen (H₂), fluorură de hidrogen (HF), monoxid de carbon (CO) și dioxid de carbon (CO₂), corodând simultan componentele interne ale bateriei.

Materialul catodic este esențial pentru stocarea și eliberarea energiei bateriilor cu litiu-ion, în special materialele cu catod ternar cu-nichel, care au o stabilitate structurală relativ slabă. În condiții de supraîncărcare sau de temperatură-înaltă, structura cristalină a materialului catodic se prăbușește, eliberând oxigen. Acest oxigen reacționează violent cu electrolitul, intensificând și mai mult descompunerea electrolitului și producând cantități mari de gaz, în principal oxigen (O₂) și dioxid de carbon (CO₂). Oxigenul accelerează reacțiile de ardere, crescând riscul de incendiu al bateriei.

Materialele anodice diferite prezintă caracteristici diferite de generare a gazului. Materialele anodice mai noi, cum ar fi anozii de siliciu, suferă modificări semnificative de volum în timpul încărcării și descărcării (ratele de expansiune pot depăși 300%). Această expansiune și contracție a volumului repetate deteriorează continuu pelicula SEI, ducând la reacții secundare continue și la generarea continuă de gaz. Anozii tradiționali de grafit, în condiții de supra-descărcare sau de temperatură-înaltă, reacționează și cu electrolitul pentru a genera gaze precum hidrogen (H₂), etilenă (C₂H₄) și etan (C₂H₆), afectând performanța și siguranța bateriei.

Acey inteligentse dedică furnizării de soluții integrate unice pentru liniile de asamblare a bateriei cu litiu semiautomate și complet automate, care deservesc aplicații precum sisteme de stocare a energiei (ESS), vehicule aeriene fără pilot (UAV), biciclete electrice, scutere electrice, scule electrice și vehicule cu două/trei roți. În plus, compania oferă o gamă cuprinzătoare de echipamente de asamblare a pachetului de baterii, inclusiv mașini de clasificare a celulelor, sortare de baterii, aplicatoare de hârtie izolatoare, sisteme de inspecție CCD, aparate de sudare prin puncte manuale și automate, teste BMS, teste complete pentru baterii și sisteme de testare a pachetului de baterii.

Contactați acum