Wie kann der Infiltrationseffekt des Elektrolyten auf das Polstück verbessert werden?

1. Elektrolytkonzept

Der Elektrolyt ist ein Ionenleiter, der zwischen der positiven und der negativen Elektrode der Batterie leitet. Während des Ladens und Entladens werden Lithiumionen zwischen der positiven und der negativen Elektrode hin und her übertragen. Der Elektrolyt hat einen relativ großen Einfluss auf die Lade- und Entladeleistung (hohe und niedrige Rate), die Lebensdauer (zyklische Speicherung) und den Temperaturanwendungsbereich der Batterie.

Geeignete Lösungsmittel erfordern eine hohe Dielektrizitätskonstante und eine niedrige Viskosität. Üblicherweise verwendete Alkylcarbonate wie PC und EC haben eine starke Polarität und eine hohe Dielektrizitätskonstante, aber die Viskosität ist groß und die intermolekulare Kraft ist groß und Lithiumionen bewegen sich darin. Die Geschwindigkeit ist langsam. Lineare Ester wie DMC (Dimethylcarbonat) und DEC (Diethylcarbonat) haben eine niedrige Viskosität, aber eine niedrige Dielektrizitätskonstante. Um Lösungen mit hoher Ionenleitfähigkeit zu erhalten, werden daher im Allgemeinen PC + DEC, EC + DMC und andere gemischte Lösungsmittel verwendet.

Der in Lithium-Ionen-Batterien verwendete Elektrolyt sollte im Allgemeinen die folgenden Grundanforderungen erfüllen:

ein. Eine hohe Ionenleitfähigkeit sollte im Allgemeinen 1 × 10-3 ~ 2 × 10-2 S / cm erreichen;

b. Hohe thermische und chemische Stabilität, keine Trennung tritt in einem weiten Spannungsbereich auf;

c. Ein breites elektrochemisches Fenster, um die Stabilität der elektrochemischen Leistung in einem weiten Spannungsbereich aufrechtzuerhalten;

d. Es ist gut mit anderen Teilen der Batterie kompatibel, wie z. B. Elektrodenmaterialien, Elektrodenstromkollektoren und Separatoren.

e. Sicher, ungiftig und umweltfreundlich.

2. Elektrolytinfiltrationseffekt

Wenn die Lithiumbatterie den Entsorgungsstandard erreicht oder plötzlich ausfällt, wird sie häufig zerlegt, um den Zweck der Leistungsverschlechterung oder des Leistungsabfalls der Batterie&zu analysieren. Beim Zerlegen und Analysieren der Lithiumbatterie durch den Editor wurde festgestellt, dass die Batterie mit schlechter Zyklusleistung häufig mit dem schlechten Infiltrationseffekt des Elektrolyten auf das Polstück zusammenhängt. Wenn der Elektrolytinfiltrationseffekt nicht gut ist, wird der Ionenübertragungsweg weiter, was das Pendeln von Lithiumionen zwischen der positiven und der negativen Elektrode behindert. Die Polstücke, die nicht mit dem Elektrolyten in Kontakt stehen, können nicht an der elektrochemischen Reaktion der Batterie teilnehmen, und der Grenzflächenwiderstand der Batterie nimmt zu, was sich auf Lithium auswirkt. Die Ratenleistung, die Entladekapazität und die Lebensdauer der Batterie.

Um alle Arten von Nachteilen zu vermeiden, müssen wir einen Weg finden, den Elektrolyten so weit wie möglich das Polstück einweichen zu lassen. In Anbetracht des Kostenproblems müssen wir natürlich so viel Elektrolyt wie möglich verwenden. Die Elektrolytmenge beeinflusst die Leistung der Batterie.

3. Wie kann die Benetzbarkeit des Elektrolyten verbessert werden?

Die Elektrolytinfiltration des Polschuhs beinhaltet den dreiphasigen Kontakt von Feststoff, Flüssigkeit und Gas. Wenn der Elektrolyt in das Batteriegehäuse eingespritzt wird, muss der Elektrolyt zuerst die Luft im Gehäuse ablassen, und dann haftet der Elektrolyt an der Oberfläche der positiven und negativen aktiven Materialien, und ein Teil des Elektrolyten tritt in das positive Elektroden-Membran-Negativ ein Elektrode durch die Membran des Wickelkerns. zwischen. Mit der Zeit infiltriert der Elektrolyt die Polstücke, und der Elektrolyt in der Membran infiltriert die Polstücke in umgekehrter Richtung. Wenn die Standzeit bis zu einem gewissen Grad lang ist, erreicht die Infiltration der Polstücke unter Einwirkung der Oberflächenspannung einen Gleichgewichtszustand.

In diesem Prozess wird ein Konzept&"Kontaktwinkel GG"; (Benetzungswinkel) in der physikalischen Chemie beteiligt ist. Wie in der folgenden Abbildung gezeigt, repräsentiert der blaue Bereich in der Abbildung die Flüssigkeit und der graue Bereich die feste Grenzfläche. Dann ist der blaue und graue Kontaktbereich die Fest-Flüssig-Kontaktschnittstelle. Die Position, an der die Tangente der Flüssigkeit die feste Grenzfläche schneidet, bildet einen Winkel θ. Je kleiner der Kontaktwinkel θ ist, desto besser ist die Benetzbarkeit des Elektrolyten zum Polstück oder zur Membran. .

Im eigentlichen Betriebsprozess ist es jedoch oft unmöglich, den Infiltrationseffekt des Elektrolyten auf das Polstück zu erfassen. Nach dem oben erwähnten Prinzip der Elektrolytinfiltration können wir an folgenden Punkten Wege finden, um den Infiltrationseffekt des Elektrolyten auf das Polstück zu verbessern:

(1) Verbessern Sie den Injektionsprozess

Die Verbesserung des Flüssigkeitsinjektionsprozesses ist das herkömmlichste Verfahren, mit dem der Infiltrationseffekt des Elektrolyten hinsichtlich der Effizienz der Flüssigkeitsinjektion, der Flüssigkeitsinjektionsbedingungen, der Standzeit und der Flüssigkeitsinjektionsverfahren wirksam verbessert werden kann.

Die Flüssigkeitsinjektion unter Vakuumbedingungen erleichtert nicht nur die Abgabe von Gas in die Zelle, sondern verringert auch den Widerstand des Gases gegen die Elektrolytinjektion und hilft dem Elektrolyten, die Polstücke zu infiltrieren. Das Prinzip besteht darin, dass die Vakuuminjektion das Vorhandensein eines Gaswiderstands an der dreiphasigen Fest-Gas-Flüssig-Grenzfläche verringern kann, wodurch der Elektrolyt direkt mit dem Polstück in Kontakt kommen kann, wodurch die Infiltrationszeit verringert wird.

Durch die Verlängerung der Standzeit unter Vakuum kann sichergestellt werden, dass der Elektrolyt vollständig in das Polstück infiltriert ist. Nach der Flüssigkeitsinjektion nimmt mit zunehmender Standzeit der Benetzungswinkel zwischen der Elektrodenlösung und dem Polstück allmählich ab, und der Benetzungsradius nimmt allmählich zu, und schließlich wird ein guter Benetzungseffekt erzielt.

Um das Phänomen einer unzureichenden Elektrolytinfiltration der Membran und der Polstücke zu vermeiden, kann der Elektrolyt chargenweise injiziert werden, damit der Elektrolyt die Polstücke vollständig infiltrieren kann. Im Prinzip besteht diese Betriebsmethode darin, die Wahrscheinlichkeit eines Fest-Flüssig-Kontakts zu erhöhen und die Kontaktfläche zu vergrößern. Bei gleicher Elektrolytmenge kann die Infiltrationszeit verkürzt werden.

(2) Verbesserung des Kernprozesses

Der Elektrolytinfiltrationseffekt hängt nicht unabhängig von den Eigenschaften der Elektrodenmaterialpartikel, der Verdichtungsdichte der Polstücke und der Dichtheit des Kerns ab. Unterschiedliche Morphologie und Partikelgröße der positiven und negativen aktiven Materialien, Leitmittel und Elektrolyte haben unterschiedliche Infiltrationseffekte auf die Polstücke. Je größer die Partikelgröße des Rohmaterials ist, desto näher an der Kugelform, desto größer die Elektrolytpenetrationsrate und desto länger die Infiltrationszeit. kurz. Wenn die Verdichtungsdichte des Polschuhs zu groß ist, nimmt die Porosität im Polschuh ab, was der Elektrolytinfiltration des Polschuhs nicht förderlich ist. Es ist notwendig, die geeignete Verdichtungsdichte anzupassen, um die Elektrolytinfiltration unter der Bedingung zu gewährleisten, dass eine niedrige Batterieimpedanz sichergestellt wird. Grad. In ähnlicher Weise beeinflusst die Dichtheit des Zellstapels oder der Wicklung auch die Elektrolytinfiltration.

Wenn die Wicklung lockerer ist, sind die Poren zwischen der positiven Elektrode - dem Separator - und der negativen Elektrode größer, und die Menge des angesammelten Elektrolyten ist größer, was an einigen Stellen zu einer Anreicherung und an einigen Stellen zu einem Mangel führt, was zweifellos einen großen Einfluss darauf hat die Leistung der Batterie. Wenn die Wicklung dicht ist, beeinflusst dies die Infiltrationsgeschwindigkeit und die Effizienz des Elektrolyten, was nicht wünschenswert ist.

(3) Elektrolytinfiltrationsmittel hinzufügen

Der üblicherweise verwendete Elektrolyt ist ein organisches Lösungsmittel, und das Polstück ist ein anorganisches Material, so dass die Fähigkeit, den Elektrolyten zu absorbieren, schwach ist. Das Hinzufügen von Additiven zum Elektrolyten kann auch die Infiltration des Elektrolyten verbessern. Liu Fangfang und andere verwendeten ein Fluorethermaterial als Additiv zum Elektrolyten. Die Testergebnisse zeigen, dass die Zugabe einer kleinen Menge Infiltrationsmittel zum Elektrolyten die Batterieinjektionszeit effektiv verkürzen und die Zyklusleistung der Batterie erheblich verbessern kann. Es sollte jedoch beachtet werden, dass sie als Infiltrationsmittel verwendet wird. Wenn die Zugabemenge 1% erreicht, wirkt sich dies negativ auf die Zyklusleistung aus.

Die Essenz des Leimungsmittels ist ein Tensid. Diese Art von Leimungsmittel hat die Vorteile einer hohen Oberflächenaktivität, einer hohen Wärmestabilität, einer geringen Entflammbarkeit und einer hohen chemischen Stabilität. Das Hinzufügen des Leimungsmittels zum Elektrolyten kann die Oberflächenspannung der Flüssigkeit verringern. Verbessern Sie die Benetzungs- und Durchdringungsfähigkeit des Elektrolyten zum Polstück, wodurch die elektrochemische Leistung der Batterie verbessert wird.

Durch die obigen verschiedenen Verfahren kann der Infiltrationseffekt des Elektrolyten auf das Polstück effektiv verbessert werden. Durch Verkürzen der Infiltrationszeit können Produktionskosten gespart, der Infiltrationseffekt verbessert, die Impedanz der Batterieschnittstelle verringert und die Nutzungseffizienz aktiver Materialien verbessert werden, wodurch die Batteriekapazität erhöht und die Entladungsrateneigenschaften verbessert werden.