Einfluss des Feuchtigkeitsgehalts auf die Batterieleistung

Es gibt viele Faktoren, die die Leistung von Lithiumbatterien beeinflussen, wie z. B. die Art des Materials, die Verdichtungsdichte der positiven und negativen Elektroden, Feuchtigkeit, Beschichtungsoberflächendichte und die Elektrolytmenge. Unter diesen hat Feuchtigkeit einen entscheidenden Einfluss auf die Leistung von Lithium-Ionen-Batterien. Feuchtigkeit ist ein Schlüsselfaktor, der während des Produktionsprozesses von Lithium-Ionen-Batterien streng kontrolliert werden muss. Übermäßige Feuchtigkeit kann nicht nur die Zersetzung von Lithiumsalzen im Elektrolyten verursachen und die positiven und negativen Materialien beschädigen. Der Stromkollektor hat eine gewisse korrosive und zerstörerische Wirkung und führt auch zu einer Verringerung der Zyklusleistung und der Sicherheitsleistung der Batterie. Spuren von Feuchtigkeit haben jedoch eine wichtige Bedeutung. Im Folgenden wird der Einfluss von Feuchtigkeit auf die Leistung von Lithiumbatterien beschrieben.

1. Die Nachteile übermäßiger Feuchtigkeit

Bei der Herstellung der Batterie des ternären / Graphitsystems wird bei der Herstellung der Aufschlämmung der positiven Elektrode im Allgemeinen ein Dispersionssystem auf Ölbasis verwendet, wobei PVDF als Bindemittel und NMP als Lösungsmittel verwendet werden. Wenn PVDF auf übermäßige Feuchtigkeit trifft, bildet es eine gallertartige Substanz, was zu einer schlechten Fließfähigkeit und Nivellierung der Aufschlämmung führt, was der Beschichtung der Aufschlämmung nicht förderlich ist. Daher muss bei der Herstellung der Aufschlämmung auf den Feuchtigkeitsgehalt der Rohstoffe, die Arbeitsumgebung und das Einbringen von Feuchtigkeit während des Betriebs des Personals geachtet werden.

Übermäßige Feuchtigkeit hat nicht nur einen großen Einfluss auf die Herstellung der Lithiumbatterie-Aufschlämmung, sondern führt auch zur Zersetzung des Elektrolyten. Die Antwort lautet wie folgt:

Flusssäure ist eine besonders ätzende Säure, die die positiven und negativen Elektrodenmaterialien und Stromkollektoren von Lithiumbatterien ernsthaft beschädigen und letztendlich zu Problemen mit der Batteriesicherheit führen kann.

2. Die Bedeutung von Spurenwasser

Es ist jedoch nicht so, dass je weniger Wasser in Lithiumbatterien besser ist. Wie wir alle wissen, ist die Festelektrolyt-Grenzfläche (allgemein als SEI-Membran bekannt) eine selektiv durchlässige Membran, die es Li + ermöglicht, frei zu passieren, aber Elektrolytmoleküle können nicht passieren. Die Zusammensetzung des Elektrolyten und der Spurenadditive haben einen signifikanten Einfluss auf das Potenzial der SEI-Filmbildung, den Grad der Kompaktheit, den irreversiblen Kapazitätsverlust der Batterie und den Innenwiderstand der Batterie. Wasser als Spurenbestandteil im Elektrolyten hat einen gewissen Einfluss auf die Bildung des SEI-Films und die Batterieleistung von Lithium-Ionen-Batterien.

Drittens der Einfluss von Feuchtigkeit auf die Leistung von Lithiumbatterien

In verschiedenen Materialsystemen hat der Feuchtigkeitsgehalt einen großen Einfluss auf die Batterieleistung. Was jedoch unverändert bleibt, ist, dass Feuchtigkeit die erste Lade- und Entladekapazität, den Innenwiderstand, die Batterielebensdauer und das Batterievolumen von Lithiumbatterien beeinflusst. Nehmen Sie als Beispiel die Batterie des Lithium-Kobaltoxid / Graphit-Systems.

1. Auswirkungen auf die erste Lade- und Entladekapazität

Feuchtigkeit hängt mit der Bildung von SEI in Lithiumbatterien zusammen und wirkt sich unweigerlich auf den ersten irreversiblen Kapazitätsverlust von Lithiumbatterien aus. Wie in Abbildung 1 gezeigt:

Abbildung 1. Der Einfluss des Feuchtigkeitsgehalts auf die Lade- und Entladekapazität des Akkus

Wenn die Feuchtigkeit in der Batterie weniger als 0,015% beträgt, entspricht die erste Entladekapazität der Batterie dem nationalen Standard und die Änderung ist gering. Wenn die Feuchtigkeit der Batterie im Bereich von 0,015% bis 0,04% liegt, nimmt die erste Entladekapazität der Batterie ab, wenn die Feuchtigkeit in der Batterie zunimmt. Wenn der Feuchtigkeitsgehalt in der Batterie weniger als 0,015% beträgt, dominieren die folgenden Reaktionen.

Das durch den Einzelelektronenreduktionsprozess erzeugte Lithiumalkylcarbonat kann auch mit Spurenwasser im Elektrolyten unter Bildung von Lithiumcarbonat reagieren.

2ROCO2 Li {{2}} H2O → Li2CO3 +CO2 +2ROH

Wenn CO2 erzeugt wird, tritt bei niedrigem Potential eine neue chemische Reaktion auf der negativen Elektrodenoberfläche auf:

2CO2+2Li+ e2e → Li2CO3 +CO

Es ist ersichtlich, dass eine angemessene Menge Wasser dazu beiträgt, einen stabilen, gleichmäßigen und dichten SEI-Film zu bilden, der von Li 2 CO 3 dominiert wird. Wenn der SEI-Film die negative Elektrode vollständig bedeckt, stoppt die irreversible Reaktion sofort.

Wenn der Feuchtigkeitsgehalt im Bereich von 0,0150% bis 0,04% liegt, steigt der Verbrauch an Lithiumionen und die Lade- und Entladekapazität der Batterie nimmt ab, was sich negativ auf sie auswirkt.

2. Auswirkungen auf den Innenwiderstand der Batterie

Der Innenwiderstand der Batterie ist einer der wichtigsten charakteristischen Parameter der Batterie. Dies ist ein wichtiger Parameter, der die Lebensdauer und den Betriebszustand der Batterie charakterisiert und der Hauptindikator für die Schwierigkeit ist, Ionen und Elektronen in der Batterie zu transportieren. Der Innenwiderstand wird hauptsächlich von Faktoren wie Batteriematerialien, Herstellungsverfahren und Batteriestruktur beeinflusst. Je kleiner der Innenwiderstand ist, desto kleiner ist die Spannung, die beim Entladen der Batterie belegt wird, und desto mehr Energie kann sie abgeben. Bei Batterien, die längere Zeit gelagert werden, steigt der Innenwiderstand mit zunehmender Lagerzeit, und die Leistung der Batterie wird stark beeinträchtigt, wenn der Innenwiderstand einen bestimmten Wert überschreitet. Da der Feuchtigkeitsgehalt einen Einfluss auf die Qualität des SEI-Films in einer Lithiumbatterie hat, beeinflusst die Einführung den Innenwiderstand der Batterie.

In dem EC / DMC / EMC-Elektrolytlösungsmittelsystem kann eine Spurenmenge Wasser einen Li2CO3-basierten, stabilen, gleichmäßigen und dichten SEI-Film mit geringem Innenwiderstand bilden. Wenn der Feuchtigkeitsgehalt größer als der erforderliche Gehalt des Systems zur Bildung des SE I -Films ist, fallen POF3 und LiF auf der Oberfläche des SEI-Films aus, was zu einer Erhöhung des Innenwiderstands der Batterie führt. wie in Bild 2 gezeigt:

Abbildung 2. Der Einfluss des Feuchtigkeitsgehalts auf den Innenwiderstand der Batterie

3. Auswirkungen auf die Verschlechterung der Batteriekapazität

Der Feuchtigkeitsgehalt beeinflusst die Eigenschaften des Batterie-SEI-Films, wie Gleichmäßigkeit und Kompaktheit. Wenn der SE I -Film gleichmäßig und dicht ist, kann das Elektrolytlösungsmittel nicht leicht in die negative Elektrode eingebettet werden, die die Li + -Einfügungslücke einnimmt, so dass es zu einer geringen Kapazitätsverschlechterung kommt. Wenn im Gegensatz dazu der Teil des SEI-Films nicht dicht oder gleichmäßig ist, ist es relativ leicht, die Li + -Insertionslücken durch das Elektrolytlösungsmittel zu besetzen. Li2CO3 ist die wichtigste Komponente zur Bildung eines gleichmäßigen und dichten SEI-Films. In dem EC / DMC / EMC-Elektrolytlösungsmittelsystem kann eine geeignete Menge Wasser die Bildung eines SEI-Films auf der Basis von Li2CO3 fördern. Wenn der Feuchtigkeitsgehalt ausreichend oder übermäßig ist, bildet sich der SEI. Je dichter und gleichmäßiger der Film ist, desto geringer ist die Wahrscheinlichkeit der Einbettung des Lösungsmittels in die Kohlenstoffanode. Dies ist der Grund, warum die Dämpfung der Batteriekapazität mit zunehmendem Feuchtigkeitsgehalt allmählich abnimmt, wenn die Feuchtigkeit im Bereich von 0,015% bis 0,04% liegt. Wenn der Feuchtigkeitsgehalt weniger als 0,015% beträgt, wird ein dichterer SEI-Film auf der Oberfläche der negativen Elektrode gebildet, um die Lösungsmitteleinbettung in einem Gleichgewichtszustand zu halten. Daher wird der Batteriekapazitätsabfall in einem relativ stabilen Zustand gehalten.

Abbildung 3. Einfluss des Feuchtigkeitsgehalts auf die Abklingrate der Batteriekapazität

4. Auswirkungen auf die Batteriedicke

Abbildung 4. Einfluss des Feuchtigkeitsgehalts auf die Batteriedicke

Aus der Figur ist ersichtlich, dass mit zunehmendem Feuchtigkeitsgehalt auch die Dicke der Batterie zunimmt. Wenn der Feuchtigkeitsgehalt auf CO2, CO und andere Gase zurückzuführen ist, die während der Bildung des SEI-Films entstehen. Und wenn das Wasser zu hoch ist, reagiert das überschüssige Wasser weiterhin mit LiPF6, um HF-Gas zu erzeugen. Die interne Gasproduktion der Batterie hängt mit der Sicherheit der Batterie zusammen. Um ernsthafte Blähungsprobleme in der Batterie zu vermeiden, muss das Wasser in der Batterie streng kontrolliert werden.

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