सॉफ्ट पॅक लिथियम-आयन बॅटरीमध्ये फुगवटा होण्याच्या कारणांचा सारांश

सॉफ्ट पॅक लिथियम-आयन बॅटरीमध्ये फुगवटा होण्याच्या कारणांचा सारांश

सॉफ्ट पॅक लिथियम-आयन बॅटरीच्या सूज येण्याची अनेक कारणे आहेत. प्रायोगिक संशोधन आणि विकासाच्या अनुभवावर आधारित, लेखक लिथियम बॅटरी फुगण्याची कारणे तीन श्रेणींमध्ये विभागतात: प्रथम, सायकलिंग दरम्यान बॅटरी इलेक्ट्रोडच्या विस्तारामुळे जाडीत वाढ; दुसरे म्हणजे वायू तयार करण्यासाठी इलेक्ट्रोलाइटचे ऑक्सिडेशन आणि विघटन यामुळे होणारी सूज. तिसरा म्हणजे प्रक्रियेतील दोष जसे की ओलावा आणि बॅटरीच्या हलक्या पॅकेजिंगमुळे खराब झालेले कोपरे. वेगवेगळ्या बॅटरी सिस्टीममध्ये, बॅटरीच्या जाडीतील बदलांचे प्रमुख घटक वेगळे असतात. उदाहरणार्थ, लिथियम टायटेनेट नकारात्मक इलेक्ट्रोड सिस्टममध्ये, फुगवटाचा मुख्य घटक म्हणजे गॅस ड्रम; ग्रेफाइट नकारात्मक इलेक्ट्रोड प्रणालीमध्ये, इलेक्ट्रोड प्लेटची जाडी आणि गॅस निर्मिती दोन्ही बॅटरीच्या सूजला प्रोत्साहन देतात.

1, इलेक्ट्रोड प्लेटच्या जाडीत बदल

ग्रेफाइट नकारात्मक इलेक्ट्रोडच्या विस्तारावर परिणाम करणारे घटक आणि यंत्रणा यावर चर्चा

लिथियम-आयन बॅटरीच्या चार्जिंग प्रक्रियेदरम्यान सेलची जाडी वाढणे हे प्रामुख्याने नकारात्मक इलेक्ट्रोडच्या विस्तारास कारणीभूत आहे. सकारात्मक इलेक्ट्रोडचा विस्तार दर फक्त 2-4% आहे आणि नकारात्मक इलेक्ट्रोड सहसा ग्रेफाइट, चिकट आणि प्रवाहकीय कार्बनने बनलेला असतो. ग्रेफाइट सामग्रीचा विस्तार दर स्वतः ~10% पर्यंत पोहोचतो आणि ग्रेफाइट नकारात्मक इलेक्ट्रोड विस्तार दरातील बदलाच्या मुख्य प्रभावशाली घटकांमध्ये हे समाविष्ट आहे: SEI फिल्म निर्मिती, शुल्काची स्थिती (SOC), प्रक्रिया पॅरामीटर्स आणि इतर प्रभावित करणारे घटक.

(1) SEI फिल्मद्वारे तयार झालेल्या लिथियम-आयन बॅटरीच्या पहिल्या चार्जिंग आणि डिस्चार्जिंग प्रक्रियेदरम्यान, इलेक्ट्रोलाइट ग्रेफाइट कणांच्या घन-द्रव इंटरफेसमध्ये घट प्रतिक्रिया घेते, ज्यामुळे इलेक्ट्रोडच्या पृष्ठभागावर एक पॅसिव्हेशन लेयर (SEI फिल्म) तयार होते. साहित्य एसईआय फिल्मच्या निर्मितीमुळे एनोडची जाडी लक्षणीय वाढते आणि एसईआय फिल्मच्या निर्मितीमुळे सेलची जाडी सुमारे 4% वाढते. दीर्घकालीन सायकलिंग प्रक्रियेच्या दृष्टीकोनातून, वेगवेगळ्या ग्रेफाइटची भौतिक रचना आणि विशिष्ट पृष्ठभागाच्या क्षेत्रावर अवलंबून, सायकलिंग प्रक्रियेमुळे एसईआयचे विघटन होईल आणि नवीन एसईआय उत्पादनाची गतिशील प्रक्रिया होईल, जसे की फ्लेक ग्रेफाइटचा उच्च विस्तार गोलाकार ग्रेफाइट पेक्षा दर.

(2) चार्ज केलेल्या स्टेट बॅटरी सेलच्या सायकलिंग प्रक्रियेदरम्यान, ग्रेफाइट एनोडचा व्हॉल्यूम विस्तार बॅटरी सेलच्या SOC सह चांगला नियतकालिक कार्यात्मक संबंध प्रदर्शित करतो. म्हणजेच, लिथियम आयन ग्रेफाइटमध्ये (बॅटरी सेलच्या एसओसीमध्ये वाढीसह) एम्बेड करणे सुरू ठेवल्यामुळे, व्हॉल्यूम हळूहळू विस्तारत जातो. लिथियम आयन ग्रेफाइट एनोडपासून विलग होत असताना, बॅटरी सेलची एसओसी हळूहळू कमी होते आणि ग्रेफाइट एनोडची संबंधित मात्रा हळूहळू कमी होते.

(3) प्रक्रिया मापदंडांच्या दृष्टीकोनातून, कॉम्पॅक्शन घनतेचा ग्रेफाइट एनोडवर महत्त्वपूर्ण प्रभाव पडतो. इलेक्ट्रोडच्या कोल्ड प्रेसिंग प्रक्रियेदरम्यान, ग्रेफाइट एनोड फिल्म लेयरमध्ये एक मोठा संकुचित ताण निर्माण होतो, जो नंतरच्या उच्च-तापमान बेकिंग आणि इलेक्ट्रोडच्या इतर प्रक्रियांमध्ये पूर्णपणे सोडणे कठीण आहे. जेव्हा बॅटरी सेल चक्रीय चार्जिंग आणि डिस्चार्जिंगमधून जात असते, तेव्हा लिथियम आयन घालणे आणि डिटेचमेंट, ॲडहेसिव्हवर इलेक्ट्रोलाइट सूज यासारख्या अनेक घटकांच्या एकत्रित परिणामांमुळे, सायकलिंग प्रक्रियेदरम्यान झिल्लीचा ताण सोडला जातो आणि विस्तार दर वाढतो. दुसरीकडे, कॉम्पॅक्शन घनता एनोड फिल्म लेयरची छिद्र क्षमता निर्धारित करते. फिल्म लेयरमधील छिद्र क्षमता मोठी आहे, जी इलेक्ट्रोडच्या विस्ताराची मात्रा प्रभावीपणे शोषून घेऊ शकते. छिद्र क्षमता लहान असते आणि जेव्हा इलेक्ट्रोडचा विस्तार होतो तेव्हा विस्तारामुळे निर्माण होणारा आवाज शोषण्यासाठी पुरेशी जागा नसते. यावेळी, विस्तार केवळ फिल्म लेयरच्या बाहेरील दिशेने विस्तारू शकतो, जो एनोड फिल्मच्या व्हॉल्यूम विस्ताराच्या रूपात प्रकट होतो.

(४) इतर घटक जसे की चिकटपणाची (चिपकणारे, ग्रेफाइट कण, प्रवाहकीय कार्बन आणि संग्राहक आणि द्रव यांच्यातील इंटरफेसची बाँडिंग स्ट्रेंथ), चार्ज डिस्चार्ज रेट, ॲडहेसिव्हची सूज क्षमता आणि इलेक्ट्रोलाइट , ग्रेफाइट कणांचा आकार आणि स्टॅकिंग घनता आणि सायकलिंग प्रक्रियेदरम्यान ॲडहेसिव्हच्या बिघाडामुळे इलेक्ट्रोड व्हॉल्यूममध्ये होणारी वाढ या सर्वांचा एनोडच्या विस्तारावर काही प्रमाणात परिणाम होतो.

विस्तार दराची गणना:

विस्तार दर मोजणीसाठी, एनोड प्लेटचा आकार X आणि Y दिशानिर्देशांमध्ये मोजण्यासाठी एनीम पद्धत वापरा, Z दिशेने जाडी मोजण्यासाठी मायक्रोमीटर वापरा आणि स्टॅम्पिंग प्लेट आणि इलेक्ट्रिक कोर पूर्णपणे चार्ज झाल्यानंतर स्वतंत्रपणे मोजा.

                                               आकृती 1 एनोड प्लेट मापनाची योजनाबद्ध आकृती

नकारात्मक इलेक्ट्रोड विस्तारावर कॉम्पॅक्शन घनता आणि कोटिंग गुणवत्तेचा प्रभाव

घटक म्हणून कॉम्पॅक्शन घनता आणि कोटिंग गुणवत्ता वापरून, संपूर्ण घटक ऑर्थोगोनल प्रायोगिक डिझाइनसाठी तीन भिन्न स्तर घेतले गेले (तक्ता 1 मध्ये दर्शविल्याप्रमाणे), इतर परिस्थिती प्रत्येक गटासाठी समान आहेत.

आकृती 2 (a) आणि (b) मध्ये दर्शविल्याप्रमाणे, बॅटरी सेल पूर्णपणे चार्ज झाल्यानंतर, X/Y/Z दिशेने एनोड शीटचा विस्तार दर कॉम्पॅक्शन घनतेच्या वाढीसह वाढतो. जेव्हा कॉम्पॅक्शन घनता 1.5g/cm3 वरून 1.7g/cm3 पर्यंत वाढते, तेव्हा X/Y दिशेने विस्तार दर 0.7% वरून 1.3% पर्यंत वाढतो आणि Z दिशेने विस्तार दर 13% वरून 18% पर्यंत वाढतो. आकृती 2 (a) वरून, हे पाहिले जाऊ शकते की वेगवेगळ्या कॉम्पॅक्शन घनतेच्या अंतर्गत, X दिशेने विस्तार दर Y दिशेने जास्त आहे. या घटनेचे मुख्य कारण ध्रुवीय प्लेटच्या कोल्ड प्रेसिंग प्रक्रियेमुळे होते. कोल्ड प्रेसिंग प्रक्रियेदरम्यान, जेव्हा ध्रुवीय प्लेट प्रेसिंग रोलरमधून जाते, तेव्हा किमान प्रतिकारशक्तीच्या नियमानुसार, जेव्हा सामग्री बाह्य शक्तींच्या अधीन असते, तेव्हा सामग्रीचे कण किमान प्रतिकाराच्या दिशेने वाहू लागतात.

                           आकृती 2 वेगवेगळ्या दिशांमध्ये एनोड्सचा विस्तार दर

जेव्हा एनोड प्लेट थंड दाबली जाते, तेव्हा सर्वात कमी प्रतिकार असलेली दिशा MD दिशेने असते (इलेक्ट्रोड प्लेटची Y दिशा, आकृती 3 मध्ये दर्शविल्याप्रमाणे). ताण MD दिशेने सोडणे सोपे आहे, तर TD दिशेला (इलेक्ट्रोड प्लेटची X दिशा) जास्त प्रतिकार आहे, ज्यामुळे रोलिंग प्रक्रियेदरम्यान ताण सोडणे कठीण होते. TD दिशेतील ताण MD दिशेपेक्षा जास्त आहे. म्हणून, इलेक्ट्रोड शीट पूर्णपणे चार्ज झाल्यानंतर, X दिशेने विस्तार दर Y दिशेने जास्त असतो. दुसरीकडे, कॉम्पॅक्शन घनता वाढते आणि इलेक्ट्रोड शीटची छिद्र क्षमता कमी होते (आकृती 4 मध्ये दर्शविल्याप्रमाणे). चार्जिंग करताना, ग्रेफाइट विस्ताराचे प्रमाण शोषण्यासाठी एनोड फिल्म लेयरमध्ये पुरेशी जागा नसते आणि बाह्य प्रकटीकरण म्हणजे इलेक्ट्रोड शीट संपूर्णपणे X, Y आणि Z दिशानिर्देशांमध्ये विस्तारते. आकृती 2 (c) आणि (d) वरून असे दिसून येते की कोटिंगची गुणवत्ता 0.140g/1540.25mm2 वरून 0.190g/1540.25mm2 पर्यंत वाढली आहे, X दिशेने विस्तार दर 0.84% ​​वरून 1.15% पर्यंत वाढला आहे आणि Y दिशेने विस्तार दर 0.89% वरून 1.05% पर्यंत वाढला. Z दिशेतील विस्तार दराचा कल X/Y दिशेच्या विरुद्ध आहे, 16.02% ते 13.77% पर्यंत खाली जाणारा कल दर्शवित आहे. ग्रेफाइट एनोडचा विस्तार X, Y आणि Z दिशानिर्देशांमध्ये चढ-उतार करणारा नमुना प्रदर्शित करतो आणि कोटिंगच्या गुणवत्तेतील बदल मुख्यत्वे चित्रपटाच्या जाडीतील महत्त्वपूर्ण बदलामध्ये दिसून येतो. उपरोक्त एनोड भिन्नता नमुना साहित्याच्या परिणामांशी सुसंगत आहे, म्हणजे, कलेक्टरच्या जाडीचे फिल्म जाडीचे गुणोत्तर जितके लहान असेल तितके संग्राहकामध्ये ताण जास्त असेल.

                       आकृती 3 एनोड कोल्ड प्रेसिंग प्रक्रियेचे योजनाबद्ध आकृती

                     आकृती 4 भिन्न कॉम्पॅक्शन घनता अंतर्गत शून्य अपूर्णांक मध्ये बदल

नकारात्मक इलेक्ट्रोडच्या विस्तारावर तांबे फॉइलच्या जाडीचा प्रभाव

कॉपर फॉइलची जाडी आणि कोटिंग गुणवत्ता, अनुक्रमे 6 आणि 8 च्या कॉपर फॉइलच्या जाडीच्या पातळीसह, दोन प्रभावित करणारे घटक निवडा. एनोड कोटिंग वस्तुमान अनुक्रमे 0.140g/1, 540.25mm2, आणि 0.190g/1, 540.25mm2 होते. कॉम्पॅक्शन घनता 1.6g/cm3 होती आणि प्रयोगांच्या प्रत्येक गटासाठी इतर परिस्थिती समान होत्या. प्रायोगिक परिणाम आकृती 5 मध्ये दर्शविले आहेत. आकृती 5 (a) आणि (c) वरून, हे पाहिले जाऊ शकते की दोन भिन्न कोटिंग गुणांखाली, X/Y दिशेने 8 μ m कॉपर फॉइल एनोड शीटचा विस्तार दर कमी आहे. 6 μm पेक्षा. तांबे फॉइलच्या जाडीत वाढ झाल्यामुळे त्याचे लवचिक मापांक (चित्र 6 पहा) वाढते, ज्यामुळे त्याचा विकृतीचा प्रतिकार वाढतो आणि एनोड विस्तारावर त्याचा प्रतिबंध वाढतो, परिणामी विस्तार दर कमी होतो. साहित्यानुसार, समान कोटिंग गुणवत्तेसह, तांबे फॉइलची जाडी जसजशी वाढते, तसतसे कलेक्टर जाडी आणि फिल्म जाडीचे गुणोत्तर वाढते, कलेक्टरमधील ताण कमी होतो आणि इलेक्ट्रोडचा विस्तार दर कमी होतो. Z दिशेने, विस्तार दर बदलाचा कल पूर्णपणे विरुद्ध आहे. आकृती 5 (b) वरून असे दिसून येते की तांब्याच्या फॉइलची जाडी जसजशी वाढते तसतसे विस्ताराचे प्रमाण वाढते; आकृती 5 (b) आणि (d) च्या तुलनेत, असे दिसून येते की जेव्हा कोटिंगची गुणवत्ता 0.140g/1 आणि 540.25mm2 वरून 0.190g/1540.25mm2 पर्यंत वाढते, तेव्हा तांबे फॉइलची जाडी वाढते आणि विस्तार दर वाढतो. कमी होते. तांबे फॉइलची जाडी वाढवणे, जरी स्वतःचा ताण (उच्च शक्ती) कमी करण्यासाठी फायदेशीर असले तरी, फिल्म लेयरमधील ताण वाढेल, ज्यामुळे आकृती 5 (b) मध्ये दर्शविल्याप्रमाणे Z-दिशा विस्तार दरात वाढ होईल; कोटिंगचा दर्जा वाढत असताना, जरी जाड तांब्याच्या फॉइलचा फिल्म लेयरच्या ताणतणाव वाढीवर प्रमोटिंग प्रभाव पडतो, तो फिल्म लेयरची बंधनकारक क्षमता देखील वाढवतो. यावेळी, बंधनकारक शक्ती अधिक स्पष्ट होते आणि Z-दिशा विस्तार दर कमी होतो.

आकृती 5 भिन्न कॉपर फॉइल जाडी आणि कोटिंग गुणवत्तेसह एनोड्सच्या फिल्म विस्तार दरात बदल

                        आकृती 6 वेगवेगळ्या जाडीसह कॉपर फॉइलचे ताण-ताण वक्र

नकारात्मक इलेक्ट्रोड विस्तारावर ग्रेफाइट प्रकाराचा प्रभाव

0.165g/1540.25mm2 च्या कोटिंग वस्तुमानासह, 1.6g/cm3 ची कॉम्पॅक्शन घनता आणि 8 μm च्या कॉपर फॉइलची जाडी असलेल्या प्रयोगासाठी पाच वेगवेगळ्या प्रकारचे ग्रेफाइट वापरण्यात आले (तक्ता 2 पहा). इतर परिस्थिती समान आहेत, आणि प्रायोगिक परिणाम आकृती 7 मध्ये दर्शविले आहेत. आकृती 7 (अ) वरून, हे पाहिले जाऊ शकते की X/Y दिशेने वेगवेगळ्या ग्रेफाइट्सच्या विस्तार दरांमध्ये लक्षणीय फरक आहेत, कमीतकमी 0.27% आणि कमाल 1.14%. Z दिशेने विस्तार दर अनुक्रमे 15.44% आणि 17.47% आहेत. ज्यांचा X/Y दिशेने मोठा विस्तार आहे त्यांचा Z दिशेने लहान विस्तार आहे, जो विभाग 2.2 मध्ये विश्लेषण केलेल्या परिणामांशी सुसंगत आहे. A-1 ग्रेफाइट वापरणाऱ्या पेशींनी 20% च्या विकृती दरासह गंभीर विकृती दर्शविली, तर पेशींच्या इतर गटांनी विकृती दर्शविली नाही, हे दर्शविते की X/Y विस्तार दराच्या आकाराचा सेल विकृतीवर महत्त्वपूर्ण प्रभाव पडतो.

                            आकृती 7 भिन्न ग्रेफाइट विस्तार दर

निष्कर्ष

(१) कॉम्पॅक्शन घनता वाढल्याने पूर्ण भरण्याच्या प्रक्रियेदरम्यान X/Y आणि Z दिशांमध्ये एनोड शीटचा विस्तार दर वाढतो आणि X दिशेने विस्तार दर Y दिशेने (X दिशा) पेक्षा जास्त असतो. एनोड शीटच्या कोल्ड प्रेसिंग प्रक्रियेदरम्यान रोलर अक्षाची दिशा आणि Y दिशा ही मशीन बेल्टची दिशा असते).

(२) कोटिंगची गुणवत्ता वाढवून, X/Y दिशेने विस्तार दर वाढतो, तर Z दिशेने विस्तार दर कमी होतो; कोटिंगच्या गुणवत्तेत वाढ केल्याने द्रव संकलनात ताणतणाव वाढेल.

(३) वर्तमान संग्राहकाची ताकद सुधारणे X/Y दिशेने एनोडचा विस्तार रोखू शकते.

(४) वेगवेगळ्या प्रकारच्या ग्रेफाइटमध्ये X/Y आणि Z दिशानिर्देशांमधील विस्तार दरांमध्ये लक्षणीय फरक आहे, X/Y दिशेने विस्तारित आकाराचा सेल विकृतीवर महत्त्वपूर्ण प्रभाव पाडतो.

2, बॅटरी गॅस निर्मितीमुळे फुगवटा

बॅटरीचे अंतर्गत वायू उत्पादन हे बॅटरी फुगण्याचे आणखी एक महत्त्वाचे कारण आहे, ते खोलीतील तापमान सायकलिंग, उच्च-तापमान सायकलिंग किंवा उच्च-तापमान साठवण दरम्यान असो, ते वेगवेगळ्या प्रमाणात फुगवटा वायूचे उत्पादन करते. बॅटरीच्या प्रारंभिक चार्जिंग आणि डिस्चार्जिंग प्रक्रियेदरम्यान, इलेक्ट्रोडच्या पृष्ठभागावर SEI (सॉलिड इलेक्ट्रोलाइट इंटरफेस) फिल्म तयार होईल. नकारात्मक SEI फिल्मची निर्मिती प्रामुख्याने EC (इथिलीन कार्बोनेट) च्या घट आणि विघटनातून येते. अल्काइल लिथियम आणि Li2CO3 च्या निर्मितीसह, मोठ्या प्रमाणात CO आणि C2H4 तयार होतात. सॉल्व्हेंट्समधील DMC (डायमिथाइल कार्बोनेट) आणि EMC (इथिल मिथाइल कार्बोनेट) देखील फिल्म तयार करण्याच्या प्रक्रियेदरम्यान RLiCO3 आणि ROLI तयार करतात, तसेच CH4, C2H6, आणि C3H8 सारख्या वायूंचे तसेच CO वायूंच्या निर्मितीसह. पीसी (प्रॉपिलीन कार्बोनेट) आधारित इलेक्ट्रोलाइट्समध्ये, गॅसचे उत्पादन तुलनेने जास्त आहे, मुख्यतः पीसी कपात करून C3H8 गॅस तयार होतो. लिथियम आयर्न फॉस्फेट सॉफ्ट पॅक बॅटरीज पहिल्या सायकल दरम्यान 0.1C वर चार्ज झाल्यानंतर सर्वात तीव्र महागाई अनुभवतात. वरीलवरून पाहिल्याप्रमाणे, SEI ची निर्मिती मोठ्या प्रमाणात गॅसच्या निर्मितीसह होते, जी एक अपरिहार्य प्रक्रिया आहे. अशुद्धतेमध्ये H2O च्या उपस्थितीमुळे LiPF6 मधील P-F बॉन्ड अस्थिर होईल, HF निर्माण करेल, ज्यामुळे या बॅटरी सिस्टमची अस्थिरता आणि गॅस निर्मिती होईल. जास्त प्रमाणात H2O ची उपस्थिती Li+ चा वापर करेल आणि LiOH, LiO2 आणि H2 निर्माण करेल, ज्यामुळे वायूंचे उत्पादन होईल. स्टोरेज आणि दीर्घकालीन चार्जिंग आणि डिस्चार्जिंग प्रक्रियेदरम्यान, गॅस देखील तयार केला जाऊ शकतो. सीलबंद लिथियम-आयन बॅटरीसाठी, मोठ्या प्रमाणात गॅसच्या उपस्थितीमुळे बॅटरीचा विस्तार होऊ शकतो, ज्यामुळे त्याचे कार्यप्रदर्शन प्रभावित होते आणि त्याचे सेवा आयुष्य कमी होते. बॅटरी स्टोरेज दरम्यान गॅस निर्मितीची मुख्य कारणे खालीलप्रमाणे आहेत: (1) बॅटरी सिस्टममध्ये H2O च्या उपस्थितीमुळे HF निर्मिती होऊ शकते, ज्यामुळे SEI चे नुकसान होऊ शकते. प्रणालीतील O2 मुळे इलेक्ट्रोलाइटचे ऑक्सिडेशन होऊ शकते, ज्यामुळे मोठ्या प्रमाणात CO2 तयार होते; (२) जर पहिल्या फॉर्मेशन दरम्यान तयार झालेली SEI फिल्म अस्थिर असेल, तर स्टोरेज स्टेज दरम्यान SEI फिल्मचे नुकसान होईल आणि SEI फिल्मची पुनर्दुरुस्ती मुख्यत्वे हायड्रोकार्बन्सने बनलेले वायू सोडेल. बॅटरीच्या दीर्घकालीन चार्जिंग आणि डिस्चार्जिंग चक्रादरम्यान, सकारात्मक सामग्रीची क्रिस्टल संरचना बदलते, इलेक्ट्रोडच्या पृष्ठभागावरील असमान पॉइंट पोटेंशिअल आणि इतर घटकांमुळे काही पॉइंट पोटेंशिअल्स खूप जास्त असतात, इलेक्ट्रोडवरील इलेक्ट्रोलाइटची स्थिरता. पृष्ठभाग कमी होतो, इलेक्ट्रोडच्या पृष्ठभागावर चेहर्याचा मुखवटा सतत घट्ट होण्यामुळे इलेक्ट्रोड इंटरफेसचा प्रतिकार वाढतो, प्रतिक्रिया क्षमता आणखी सुधारते, ज्यामुळे इलेक्ट्रोडच्या पृष्ठभागावरील इलेक्ट्रोलाइटचे विघटन होऊन वायू तयार होतो आणि सकारात्मक सामग्री देखील गॅस सोडू शकते.

वेगवेगळ्या प्रणालींमध्ये, बॅटरीच्या चलनवाढीची डिग्री बदलते. ग्रेफाइट निगेटिव्ह इलेक्ट्रोड सिस्टीमच्या बॅटरीमध्ये, गॅसच्या विस्ताराची मुख्य कारणे म्हणजे एसईआय फिल्मची निर्मिती, सेलमध्ये जास्त ओलावा, असामान्य निर्मिती प्रक्रिया, खराब पॅकेजिंग इत्यादी. वर नमूद केल्याप्रमाणे, लिथियम टायटेनेट नकारात्मक इलेक्ट्रोड प्रणालीमध्ये, उद्योगात वाढ होते. सामान्यत: Li4Ti5O12 बॅटरीचा गॅस विस्तार मुख्यतः सामग्रीच्या सहज पाणी शोषणामुळे होतो असा विश्वास आहे, परंतु हा अंदाज सिद्ध करण्यासाठी कोणताही निर्णायक पुरावा नाही. झिओंग आणि इतर. Tianjin Lishen बॅटरी कंपनीने 15 व्या आंतरराष्ट्रीय इलेक्ट्रोकेमिकल कॉन्फरन्सच्या ॲब्स्ट्रॅक्टमध्ये निदर्शनास आणून दिले की गॅसच्या रचनेत CO2, CO, अल्केनेस आणि थोड्या प्रमाणात ऑलेफिनचा समावेश आहे, परंतु त्याच्या विशिष्ट रचना आणि प्रमाणासाठी डेटा समर्थन प्रदान केले नाही. बेल्हारूक आणि इतर. बॅटरीचे गॅस उत्पादन वैशिष्ट्यीकृत करण्यासाठी गॅस क्रोमॅटोग्राफी-मास स्पेक्ट्रोमेट्री साधन वापरले. वायूचा मुख्य घटक H2, तसेच CO2, CO, CH4, C2H6, C2H4, C3H8, C3H6 इ.

आकृती 8 Li4Ti5O12/LiMn2O4 बॅटरीची गॅस रचना 30, 45 आणि 60 ℃ वर सायकल चालवल्यानंतर 5 महिने

लिथियम-आयन बॅटरीसाठी सामान्यतः वापरली जाणारी इलेक्ट्रोलाइट प्रणाली LiPF6/EC आहे: EMC, जेथे LiPF6 मध्ये इलेक्ट्रोलाइटमध्ये खालील शिल्लक आहे

PF5 हे एक मजबूत आम्ल आहे जे सहजपणे कार्बोनेटचे विघटन करते आणि PF5 चे प्रमाण वाढत्या तापमानासह वाढते. PF5 इलेक्ट्रोलाइटचे विघटन करण्यास मदत करते, ज्यामुळे CO2, CO, आणि CxHy वायू तयार होतात. गणना हे देखील सूचित करते की EC च्या विघटनाने CO आणि CO2 वायू तयार होतात. C2H4 आणि C3H6 हे अनुक्रमे Ti4+ सह C2H6 आणि C3H8 च्या ऑक्सिडेशन-कपात प्रतिक्रियेद्वारे व्युत्पन्न केले जातात, तर Ti4+ कमी करून Ti3+ केले जातात. संबंधित संशोधनानुसार, एच 2 ची निर्मिती इलेक्ट्रोलाइटमधील पाण्याच्या प्रमाणात आढळते, परंतु एच 2 गॅस निर्मितीसाठी इलेक्ट्रोलाइटमधील पाण्याचे प्रमाण साधारणपणे 20 × सुमारे 10-6 असते. शांघाय जिओ टोंग विद्यापीठातील वू काईच्या प्रयोगाने कमी योगदानासह ग्रेफाइट/NCM111 ची बॅटरी म्हणून निवड केली आणि निष्कर्ष काढला की H2 चा स्त्रोत उच्च व्होल्टेज अंतर्गत कार्बोनेटचे विघटन आहे.

3, असामान्य प्रक्रिया ज्यामुळे गॅस निर्मिती आणि विस्तार होतो

1. खराब पॅकेजिंगमुळे खराब पॅकेजिंगमुळे फुगलेल्या बॅटरी सेलचे प्रमाण लक्षणीयरीत्या कमी झाले आहे. खराब टॉप सीलिंग, साइड सीलिंग आणि डिगॅसिंग थ्री साइड पॅकेजिंगची कारणे यापूर्वी सादर केली गेली आहेत. दोन्ही बाजूंनी खराब पॅकेजिंग बॅटरी सेलकडे नेईल, जे मुख्यतः शीर्ष सीलिंग आणि डीगॅसिंगद्वारे दर्शविले जाते. टॉप सीलिंग मुख्यतः टॅबच्या स्थितीत खराब सीलिंगमुळे होते आणि डीगॅसिंग मुख्यतः लेयरिंगमुळे होते (इलेक्ट्रोलाइट आणि जेलमुळे पीपीला अल पासून वेगळे करणे समाविष्ट आहे). खराब पॅकेजिंगमुळे हवेतील आर्द्रता बॅटरी सेलच्या आतील भागात प्रवेश करते, ज्यामुळे इलेक्ट्रोलाइटचे विघटन होते आणि गॅस तयार होतो.

2. खिशाच्या पृष्ठभागाची हानी झाली आहे, आणि बॅटरी सेलला खेचण्याच्या प्रक्रियेदरम्यान असामान्यपणे किंवा कृत्रिमरित्या नुकसान झाले आहे, परिणामी खिशाचे नुकसान होते (जसे की पिनहोल) आणि बॅटरी सेलच्या आतील भागात पाणी प्रवेश करू देते.

3. कोपऱ्याचे नुकसान: दुमडलेल्या कोपऱ्यात ॲल्युमिनियमच्या विशेष विकृतीमुळे, एअर बॅगच्या थरथराने कोपरा विकृत होऊ शकतो आणि अल नुकसान होऊ शकते (बॅटरी सेल जितका मोठा, एअर बॅग जितकी मोठी असेल तितके सोपे असेल. क्षतिग्रस्त), पाण्यावरील त्याचा अडथळा प्रभाव गमावतो. समस्या दूर करण्यासाठी कोपऱ्यांवर सुरकुत्या गोंद किंवा गरम वितळलेला गोंद जोडला जाऊ शकतो. आणि वरच्या सीलिंगनंतर प्रत्येक प्रक्रियेत एअर बॅगसह बॅटरी सेल हलविण्यास मनाई आहे आणि एजिंग बोर्डवर बॅटरी सेल पूलचे दोलन टाळण्यासाठी ऑपरेशन पद्धतीवर अधिक लक्ष दिले पाहिजे.

4. बॅटरी सेलमधील पाण्याचे प्रमाण प्रमाणापेक्षा जास्त आहे. एकदा पाण्याचे प्रमाण प्रमाणापेक्षा जास्त झाले की, इलेक्ट्रोलाइट निकामी होईल आणि निर्मिती किंवा डिगॅसिंगनंतर वायू तयार होईल. बॅटरीमध्ये पाण्याचे प्रमाण जास्त असण्याची मुख्य कारणे आहेत: इलेक्ट्रोलाइटमधील पाण्याचे जास्त प्रमाण, बेकिंगनंतर बेअर सेलमध्ये जास्त पाण्याचे प्रमाण आणि कोरड्या खोलीत जास्त आर्द्रता. जास्त पाणी सामुग्रीमुळे फुगणे होऊ शकते असा संशय असल्यास, प्रक्रियेची पूर्वलक्षी तपासणी केली जाऊ शकते.

5. निर्मिती प्रक्रिया असामान्य आहे, आणि चुकीच्या निर्मिती प्रक्रियेमुळे बॅटरी सेल फुगवू शकतो.

6. SEI फिल्म अस्थिर आहे, आणि बॅटरी सेलचे उत्सर्जन कार्य क्षमता चाचणी चार्जिंग आणि डिस्चार्जिंग प्रक्रियेदरम्यान किंचित वाढलेले आहे.

7. ओव्हरचार्जिंग किंवा डिस्चार्जिंग: प्रक्रिया, मशीन किंवा संरक्षक बोर्डमधील विकृतींमुळे, बॅटरी पेशी जास्त चार्ज होऊ शकतात किंवा जास्त प्रमाणात डिस्चार्ज होऊ शकतात, परिणामी बॅटरी पेशींमध्ये हवेचे फुगे गंभीर होतात.

8. शॉर्ट सर्किट: ऑपरेशनल त्रुटींमुळे, चार्ज केलेल्या बॅटरी सेलचे दोन टॅब संपर्कात येतात आणि शॉर्ट सर्किटचा अनुभव घेतात. बॅटरी सेलमध्ये गॅसचा स्फोट होईल आणि व्होल्टेज वेगाने कमी होईल, ज्यामुळे टॅब काळे होतील.

9. अंतर्गत शॉर्ट सर्किट: बॅटरी सेलच्या सकारात्मक आणि नकारात्मक ध्रुवांमधील अंतर्गत शॉर्ट सर्किटमुळे बॅटरी सेल जलद डिस्चार्ज आणि गरम होते, तसेच तीव्र गॅस पफिंग होते. अंतर्गत शॉर्ट सर्किटची अनेक कारणे आहेत: डिझाइन समस्या; अलगाव फिल्मचे संकोचन, कर्लिंग किंवा नुकसान; द्वि पेशी चुकीचे संरेखन; अलगाव पडदा छेदन Burrs; अत्यधिक स्थिर दाब; एज इस्त्री मशीनला जास्त पिळणे, इ. उदाहरणार्थ, भूतकाळात, अपुऱ्या रुंदीमुळे, एज इस्त्री मशीनने बॅटरी सेल घटक जास्त प्रमाणात पिळून काढला, परिणामी शॉर्ट सर्किट होऊन कॅथोड आणि एनोड फुगले.

10. गंज: बॅटरी सेलला क्षरण होते आणि ॲल्युमिनियमचा थर प्रतिक्रियेद्वारे वापरला जातो, ज्यामुळे पाण्यातील अडथळा कमी होतो आणि गॅसचा विस्तार होतो.

11. असामान्य व्हॅक्यूम पंपिंग, सिस्टम किंवा मशीनच्या कारणांमुळे. Degassing कसून नाही; व्हॅक्यूम सीलिंगचा थर्मल रेडिएशन झोन खूप मोठा आहे, ज्यामुळे डिगॅसिंग सक्शन बायोनेट पॉकेट बॅगला प्रभावीपणे छेदत नाही, परिणामी अशुद्ध सक्शन होते.

असामान्य गॅस निर्मिती दडपण्यासाठी उपाय

4. असामान्य गॅस निर्मिती रोखण्यासाठी मटेरियल डिझाइन आणि मॅन्युफॅक्चरिंग प्रक्रियेपासून सुरुवात करणे आवश्यक आहे.

प्रथम, दाट आणि स्थिर SEI फिल्मची निर्मिती सुनिश्चित करण्यासाठी, सकारात्मक इलेक्ट्रोड सामग्रीची स्थिरता सुधारण्यासाठी आणि असामान्य वायू निर्मितीची घटना दडपण्यासाठी सामग्री आणि इलेक्ट्रोलाइट सिस्टमची रचना आणि ऑप्टिमाइझ करणे आवश्यक आहे.

इलेक्ट्रोलाइट्सच्या उपचारांसाठी, SEI फिल्म अधिक एकसमान आणि दाट करण्यासाठी, थोड्या प्रमाणात फिल्म-फॉर्मिंग ऍडिटीव्ह जोडण्याची पद्धत वापरली जाते, वापरादरम्यान SEI फिल्मची अलिप्तता कमी करते आणि पुनर्जन्म दरम्यान गॅस निर्मिती, ज्यामुळे बॅटरी वाढते. फुगवटा संबंधित संशोधन नोंदवले गेले आहे आणि व्यवहारात लागू केले गेले आहे, जसे की हार्बिन इन्स्टिट्यूट ऑफ टेक्नॉलॉजीचे चेंग सु, ज्यांनी अहवाल दिला आहे की फिल्म-फॉर्मिंग ॲडिटीव्ह VC चा वापर बॅटरी फुगवटा कमी करू शकतो. तथापि, संशोधनाने मर्यादित परिणामकारकतेसह मुख्यतः एकल घटक जोडण्यांवर लक्ष केंद्रित केले आहे. ईस्ट चायना युनिव्हर्सिटी ऑफ सायन्स अँड टेक्नॉलॉजी मधील काओ चंगे आणि इतरांनी नवीन इलेक्ट्रोलाइट फिल्म-फॉर्मिंग ॲडिटीव्ह म्हणून VC आणि PS कंपोझिटचा वापर केला, चांगले परिणाम साध्य केले. उच्च-तापमान साठवण आणि सायकलिंग दरम्यान बॅटरीचे गॅस उत्पादन लक्षणीयरीत्या कमी झाले. संशोधनात असे दिसून आले आहे की EC आणि VC द्वारे तयार केलेले SEI पडदा घटक रेखीय अल्काइल लिथियम कार्बोनेट आहेत. उच्च तापमानात, LiC ला जोडलेले अल्काइल लिथियम कार्बोनेट अस्थिर असते आणि CO2 सारख्या वायूंमध्ये विघटन होते, परिणामी बॅटरी सूजते. PS द्वारे तयार केलेली SEI फिल्म लिथियम अल्काइल सल्फोनेट आहे. चित्रपटात दोष असले तरी, त्याची एक विशिष्ट द्विमितीय रचना आहे आणि उच्च तापमानात LiC ला जोडल्यास ती तुलनेने स्थिर असते. जेव्हा VC आणि PS एकत्रितपणे वापरले जातात, तेव्हा PS कमी व्होल्टेजवर नकारात्मक इलेक्ट्रोडच्या पृष्ठभागावर एक दोषपूर्ण द्विमितीय संरचना बनवते. व्होल्टेज वाढत असताना, VC नकारात्मक इलेक्ट्रोडच्या पृष्ठभागावर अल्काइल लिथियम कार्बोनेटची एक रेखीय रचना बनवते. अल्काइल लिथियम कार्बोनेट द्वि-आयामी संरचनेच्या दोषांमध्ये भरलेले असते, ज्यामुळे LiC शी संलग्न नेटवर्क स्ट्रक्चरसह स्थिर SEI फिल्म तयार होते. या संरचनेसह SEI पडदा त्याची स्थिरता मोठ्या प्रमाणात सुधारते आणि पडद्याच्या विघटनामुळे होणारे वायू उत्पादन प्रभावीपणे दाबू शकते.

याव्यतिरिक्त, पॉझिटिव्ह इलेक्ट्रोड लिथियम कोबाल्ट ऑक्साईड सामग्री आणि इलेक्ट्रोलाइट यांच्यातील परस्परसंवादामुळे, त्याचे विघटन उत्पादने इलेक्ट्रोलाइटमधील सॉल्व्हेंट विघटन उत्प्रेरित करतील. त्यामुळे, पॉझिटिव्ह इलेक्ट्रोड मटेरियलच्या पृष्ठभागावरील आवरणामुळे केवळ सामग्रीची संरचनात्मक स्थिरता वाढू शकत नाही, तर पॉझिटिव्ह इलेक्ट्रोड आणि इलेक्ट्रोलाइट यांच्यातील संपर्क देखील कमी होतो, सक्रिय पॉझिटिव्ह इलेक्ट्रोडच्या उत्प्रेरक विघटनाने निर्माण होणारा वायू कमी होतो. त्यामुळे, सकारात्मक इलेक्ट्रोड सामग्री कणांच्या पृष्ठभागावर एक स्थिर आणि संपूर्ण लेप थर तयार करणे देखील सध्या एक प्रमुख विकास दिशा आहे.