Kese Hücreleri Neden Şişer?

Kese-tipi lityum-iyon pillerin şişmesinin birçok nedeni vardır. Deneysel Ar-Ge deneyimine dayanarak, şişmenin nedenleri üç türe ayrılabilir: birincisi, pil elektrot tabakalarının döngü sırasında genişlemesinden kaynaklanan kalınlık artışı; ikincisi, elektrolitin oksidatif ayrışmasından kaynaklanan gaz oluşumunun neden olduğu şişme; ve üçüncüsü, zayıf sızdırmazlık nedeniyle nem girişi veya hücre köşelerindeki hasar gibi üretim hatalarından kaynaklanan şişme.

Pil kalınlığındaki değişiklikleri yönlendiren baskın faktörler, farklı pil kimyalarına göre değişir. Örneğin lityum titanat (LTO) anotların kullanıldığı pillerde şişmenin başlıca nedeni gaz oluşumudur; aksine, grafit anotlu piller için hem elektrot tabakasının genleşmesi hem de gaz üretimi şişmeye katkıda bulunur.

Grafit Anot Genişlemesini Etkileyen Faktörler ve Mekanizmalar Üzerine Tartışma

Lityum-iyon pillerin şarj edilmesi sırasında hücre kalınlığındaki artış öncelikle anotun genişlemesine bağlanır; katodun genleşme oranı yalnızca %2–4'tür. Anotlar tipik olarak grafit, bir bağlayıcı ve iletken karbondan oluşur ve grafit malzemenin kendisi yaklaşık %10'luk bir genleşme oranı sergiler. Grafit anotların genleşme oranını etkileyen temel faktörler arasında SEI (Katı Elektrolit Arafaz) film oluşumu, şarj durumu (SOC), proses parametreleri ve diğer değişkenler yer alır.

(1) SEI Film Oluşumu
Bir lityum-iyon pilin ilk şarj-deşarj döngüsü sırasında, katı-sıvı arayüzünde elektrolit ile grafit parçacıkları arasında, elektrot malzemesi üzerinde bir pasifleştirme katmanı (SEI filmi) oluşturan bir indirgeme reaksiyonu meydana gelir. SEI filminin oluşumu anot kalınlığında önemli bir artışa yol açarak hücre kalınlığında yaklaşık %4'lük genel bir artışa katkıda bulunur. Uzun-dönem döngüsü boyunca, grafitin fiziksel yapısı ve spesifik yüzey alanı, mevcut SEI'nin çözünmesini ve yeni SEI'nin oluşumunu içeren dinamik bir süreci etkiler; örneğin pul grafit, küresel grafite göre daha yüksek bir genleşme oranı sergiler.

(2) Ücret Durumu (SOC)
Döngüleme işlemi sırasında, grafit anodun hacim genişlemesi, hücrenin SOC'si ile güçlü bir periyodik fonksiyonel ilişki sergiler. Spesifik olarak, lityum iyonları grafitin içine girdikçe (hücrenin SOC'sini artırarak) hacim yavaş yavaş genişler; tersine, lityum iyonları grafit anottan ayrıldığında, hücrenin SOC'si azalır ve grafit anot hacmi de buna göre küçülür.

(3) Proses Parametreleri
Proses parametreleriyle ilgili olarak, sıkıştırma yoğunluğu grafit anotu önemli ölçüde etkiler. Elektrot tabakasının soğuk preslenmesi sırasında, grafit anot kaplama tabakası içinde önemli miktarda basınç gerilimi gelişir; yüksek-sıcaklıkta pişirme gibi sonraki adımlar sırasında bu stresin tamamen ortadan kaldırılması zordur. Şarj-deşarj döngüsü sırasında, lityum-iyon ara katmanı/de{-ara katmanın ve bağlayıcının elektrolitin- neden olduğu şişmenin birleşik etkileri, kaplama içindeki gerilimin serbest kalmasına neden olarak genişlemenin artmasına neden olur. Ayrıca sıkıştırma yoğunluğu anot kaplamasındaki boş hacmi belirler. Büyük bir boşluk hacmi, elektrot tabakasının genişlemesini etkili bir şekilde karşılayabilir.

Tersine, eğer boşluk hacmi küçükse, genleşmeyi absorbe etmek için yeterli alan yoktur; sonuç olarak genişleme dışarı doğru zorlanır ve anot tabakasının genel hacminde bir artış olarak kendini gösterir.

(4) Diğer Faktörler
Anot genişlemesini etkileyen diğer faktörler arasında bağlayıcı yapışma mukavemeti (özellikle bağlayıcı, grafit parçacıkları, iletken karbon ve akım toplayıcı arasındaki arayüzey yapışması), şarj-deşarj oranları, bağlayıcının elektrolit içindeki şişme davranışı, grafit parçacıklarının şekli ve paketleme yoğunluğu ve döngü sırasında bağlayıcının bozulmasından kaynaklanan elektrot hacmi artışları yer alır.

Acey New Energy, lityum-iyon pillere yönelik ileri teknoloji ekipmanların araştırılması ve üretiminde uzmanlaşmıştır. Laboratuvar ölçeğinde-tek durakta-çözüm sağlayabilirizpil üretim hattısilindirik pil, madeni para pili, kese pili için

Pilin içindeki gaz üretimi şişmenin bir diğer önemli nedenidir.

Piller, oda sıcaklığında veya yüksek sıcaklıklarda çevrim sırasında ve ayrıca yüksek-sıcaklıkta depolama sırasında değişen derecelerde gaz üretimi ve şişmeyle karşı karşıya kalır.

İlk şarj-deşarj döngüsü sırasında, elektrot yüzeyinde bir Katı Elektrolit Arafaz (SEI) filmi oluşur. Anot üzerinde SEI (Katı Elektrolit Arafaz) tabakasının oluşumu öncelikle EC'nin (Etilen Karbonat) indirgeyici ayrışmasından kaynaklanır; alkil lityum ve Li2CO3 üretimine önemli miktarlarda CO ve C2H4 üretimi eşlik eder. DMC (Dimetil Karbonat) ve EMC (Etil Metil Karbonat) gibi solventler de film oluşumuna katkıda bulunur ve CH4, C2H6, C3H8 ve CO gibi gazların yanı sıra RLiCO3 ve ROLi verir. PC (Propilen Karbonat)-bazlı elektrolitlerde gaz üretimi, esas olarak PC'nin indirgenmesinden kaynaklanan C3H8 gazı üretimi nedeniyle nispeten daha yüksektir. LiFePO4 torba hücreleri için, ilk 0,1°C şarj döngüsünün tamamlanmasının ardından gaz şişmesi en şiddetli düzeydedir.

SEI oluşumuna kaçınılmaz olarak önemli miktarlarda gaz üretiminin eşlik ettiği açıktır. H2O safsızlıklarının varlığı LiPF6'daki P-F bağlarını dengesizleştirerek HF oluşumuna yol açar; bu, akü sistemini dengesizleştirir ve gaz üretir. Aşırı H2O, Li+ iyonlarını tüketerek LiOH, LiO2 ve H2 üretir ve bu da gaz oluşumuna neden olur. Depolama ve uzun süreli şarj{10}}deşarj döngüsü sırasında da gaz üretimi meydana gelir; Kapalı lityum{11}}iyon pillerde önemli miktarda gaz birikmesi şişmeye neden olur, dolayısıyla pil performansı düşer ve hizmet ömrü kısalır. Depolama sırasında gaz oluşumunun başlıca nedenleri şunlardır:

(1) Batarya sisteminde bulunan H2O, SEI katmanına zarar veren HF oluşumuna yol açar. Sistemdeki oksijen (O2) elektroliti oksitleyebilir, bu da büyük miktarlarda CO2 oluşmasına neden olabilir;
(2) İlk aktivasyon (oluşum) sırasında oluşan SEI katmanı kararsızsa depolama sırasında bozunabilir; SEI katmanının müteakip onarımı, esas olarak hidrokarbonlardan oluşan gazları açığa çıkarır. Uzun-dönemli şarj-deşarj döngüsü sırasında, katot malzemesinin kristal yapısındaki değişiklikler ve elektrot yüzeyi boyunca-tekdüze olmayan potansiyel dağılımı, lokal yüksek potansiyellere neden olabilir. Bu, elektrot arayüzündeki elektrolitin stabilitesini azaltır; yüzey filminin sürekli kalınlaşması arayüzey direncini artırarak reaksiyon potansiyelini daha da artırır. Bu, elektrolit ayrışmasını ve gaz oluşumunu tetiklerken, katot malzemesinin kendisi de gaz salabilir.

Piller kimyasal sistemlerine bağlı olarak değişen derecelerde şişme gösterirler. Grafit anotların kullanıldığı pillerde, gaz üretiminin ve şişmenin başlıca nedenleri,-daha önce de belirtildiği gibi-SEI katmanı oluşumu, hücre içindeki aşırı nem içeriği, oluşum sürecindeki anormallikler ve zayıf sızdırmazlıktır. Buna karşılık, lityum titanat (LTO) anot sistemi içinde endüstri genellikle Li4Ti5O12 pillerdeki gaz üretimini malzemenin doğal nemi emme eğilimine bağlar, ancak bu hipotezi doğrulayacak kesin bir kanıt yoktur.

1. Zayıf sızdırmazlık:Sızdırmazlık kusurlarından kaynaklanan şişmiş hücrelerin görülme sıklığı önemli ölçüde azalmıştır. Kusurlar herhangi bir sızdırmazlık tarafında meydana gelebilir; üst sızdırmazlık ve gazdan arındırma contaları en yaygın sorun alanlarıdır; üst sızdırmazlık sorunları genellikle sekme alanını içerirken, gazdan arındırma sorunları genellikle katmanlara ayrılmayı içerir. Zayıf sızdırmazlık, atmosferik nemin hücreye girmesine izin vererek elektrolit ayrışmasını ve gaz oluşumunu tetikler.

2. Kese yüzeyi hasarı:Üretim hattı akışı sırasında kese, kazara veya insan- kaynaklı hasara (iğne delikleri gibi) maruz kalabilir ve bu da nemin hücrenin içine nüfuz etmesine neden olabilir.

3. Köşe hasarı:Katlanmış köşelerdeki alüminyum katmanının özel deformasyonu nedeniyle, gaz torbasının hareketi köşeyi bükebilir, alüminyuma zarar verebilir (daha büyük gaz torbalarına sahip daha büyük hücreler buna daha yatkındır) ve nem bariyerini tehlikeye atabilir. Köşelere krep bant veya sıcak-eriyen yapıştırıcı uygulamak bu riski azaltmaya yardımcı olabilir. Ayrıca, hücrelerin üstten kapatıldıktan sonra gaz torbasıyla tutulması yasaktır; Yaşlanan raflarda hücrelerin sallanmasını önlemek için çalışma sırasında özel dikkat gösterilmelidir.

4. Aşırı iç nem içeriği:Nem seviyeleri limitleri aşarsa elektrolit bozunur ve oluşum veya gaz giderme sonrasında gaz oluşumuna yol açar. Aşırı iç nemin başlıca nedenleri şunlardır: elektrolitteki yüksek nem içeriği, pişirme sonrasında çıplak hücredeki yüksek nem içeriği ve kuru odadaki aşırı nem. Şişmenin nedeni olarak aşırı nemden şüpheleniliyorsa proses izlenebilirlik kontrolü yapılabilir.

5. Oluşum süreci anormallikleri:Yanlış oluşum prosedürleri hücre şişmesine yol açabilir.

6. Kararsız SEI katmanı:Kapasite testinin şarj-deşarj döngüleri. 7. Aşırı Şarj/Aşırı-deşarj sırasında hafif şişme meydana gelebilir: İşlem, ekipman veya koruma devre kartı (PCB) arızaları nedeniyle pil hücresi aşırı şarja veya aşırı deşarja maruz kalır ve bu da ciddi şişmeye (gaz üretimi) neden olur.

8. Kısa Devre:Canlı hücre tırnakları arasında temasa neden olan operasyonel hatalar kısa devreye neden olur; hücre şişer, voltaj hızla düşer ve tırnaklar kömürleşmiş siyaha döner.

9. Dahili Kısa Devre:Hücre içindeki anot ve katot arasındaki kısa devre, hızlı deşarja ve ısı oluşumuna neden olur ve buna şiddetli şişme de eşlik eder. Nedenleri arasında tasarım kusurları; ayırıcının büzülmesi, kıvrılması veya hasar görmesi; iki-hücrelerin yanlış hizalanması; ayırıcıyı delen çapaklar; aşırı fikstür basıncı; veya ısıyla yapıştırma makinesinin-aşırı-sıkıştırması. Örneğin, yetersiz genişlik ve hücre gövdesinin ısıyla yapıştırma makinesi tarafından aşırı sıkıştırılması daha önce anot-katodun kısa devre yapmasına ve şişmesine neden oluyordu.

10. Korozyon:Hücrenin korozyonu alüminyum tabakayı tüketerek nem bariyeri fonksiyonunu yok eder ve şişmeye neden olur.

11. Anormal Vakumlu Gaz Giderme:Sistem veya ekipman sorunları, uygun olmayan vakum seviyelerine veya eksik gaz gidermeye neden olur. Örneğin, vakumlu kapatma sırasında ısı radyasyon bölgesi çok büyükse, gaz giderme delici alet keseyi etkili bir şekilde delemeyebilir, bu da eksik gaz ekstraksiyonuyla sonuçlanabilir.

Anormal gaz oluşumunun baskılanması, hem malzeme tasarımının hem de üretim süreçlerinin ele alınmasını gerektirir.

Birinci,malzeme ve elektrolit sistemleri, yoğun, stabil bir Katı Elektrolit Arafaz (SEI) filminin oluşumunu sağlamak, katot malzemesi stabilitesini arttırmak ve anormal gaz oluşumunu engellemek için optimize edilmelidir.

Elektrolit işlemiyle ilgili olarak, SEI filmini daha tek biçimli ve yoğun hale getirmek için genellikle küçük miktarlarda film{0}}oluşturucu katkı maddeleri kullanılır. Bu, pil kullanımı sırasında SEI filminin ayrılması ve yenilenmesinin neden olduğu gaz üretimini azaltır, böylece şişmeyi azaltır; bu tür yöntemler araştırmalarda belgelenmiş ve pratikte uygulanmıştır.

Araştırmalar, EC (etilen karbonat) ve VC (vinilen karbonat) tarafından oluşturulan SEI film bileşenlerinin doğrusal lityum alkil karbonatlardan oluştuğunu göstermektedir. Yüksek sıcaklıklarda, lityumlanmış karbona (LiC) bağlı lityum alkil karbonatlar kararsızdır ve ayrışarak gazlar (CO2 gibi) üreterek pilin şişmesine neden olur. PS tarafından oluşturulan SEI filmi lityum alkil sülfonattan oluşur; Film kusurlar içerse de belirli bir iki-boyutlu yapıya sahiptir ve yüksek sıcaklıklarda bile LiC yüzeyinde nispeten kararlı kalır. PS ve VC kombinasyon halinde kullanıldığında PS, daha düşük voltajlarda anot yüzeyinde kusurlu iki- boyutlu bir yapı oluşturur; voltaj yükseldikçe VC, iki- boyutlu yapıdaki kusurları dolduran doğrusal-yapılı bir lityum alkil karbonat oluşturur ve bu da LiC üzerinde kararlı, ağ-yapılı bir SEI filmiyle sonuçlanır. Bu tip SEI film yapısı stabiliteyi önemli ölçüde artırır ve filmin ayrışmasından kaynaklanan gaz oluşumunu etkili bir şekilde bastırır.

Üstelik,Lityum kobalt oksit katot malzemesi ile elektrolit arasındaki etkileşimler, elektrolit çözücülerin parçalanmasını katalize eden ayrışma ürünlerine yol açar. Sonuç olarak, katot malzemesine bir yüzey kaplamasının uygulanması yalnızca yapısal stabiliteyi arttırmakla kalmaz, aynı zamanda katot ile elektrolit arasındaki teması da en aza indirir, böylece katodun katalitik ayrışma aktivitesi tarafından yönlendirilen gaz üretimini azaltır. Bu nedenle, katot malzemesi parçacıklarının yüzeyinde stabil, sağlam bir kaplama tabakasının oluşması, mevcut gelişme için önemli bir yönü temsil eder.

Acey Yeni EnerjiESS, İHA, E-Bisiklet, E-Scooter, Elektrikli El Aletleri, İki/Üç Tekerlekli Araçlar vb.'de kullanılan lityum pil paketlerinin yarı-otomatik/tam-otomatik montaj hatları için tek-stop çözümler sağlamada uzmanlaşmıştır. Lityum iyon pil sektöründe yeniyseniz ve kendi lityum iyon pil üretim hattınızı veya lityum iyonunuzu oluşturmak istiyorsanızpil paketi montaj hattı, size profesyonel teknik destek ve rehberlik sağlayabiliriz, lütfen bizimle iletişime geçmekten çekinmeyin!

Şimdi iletişime geçin