Fel y cyfrwng craidd ar gyfer cludiant ïon lithiwm o fewn y batri, mae'r electrolyte yn chwarae rhan hanfodol fel "dargludydd ïon," "amddiffynnydd rhyngwyneb electrod," a "phont trosglwyddo tâl." Rhaid i'w faint gael ei gydweddu'n gaeth â maint electrod, mandylledd, a chyfaint amgáu'r batri i sicrhau bod deunyddiau gweithredol yr electrod yn cael eu gwlychu'n ddigonol a llwybrau cludo ïon lithiwm-dirwystr. Nid yw electrolyt annigonol (y cyfeirir ato yn y diwydiant fel "o dan-electrolyte") yn fater o gyfrwng annigonol yn unig; mae'n amharu ar gydbwysedd electrocemegol mewnol y batri, gan sbarduno cyfres o adweithiau cadwyn sy'n arwain at ddiraddio perfformiad a methiant diogelwch. Mae'r rhan fwyaf o'r difrod hwn yn anwrthdroadwy, gan effeithio'n ddifrifol ar fywyd gwasanaeth a diogelwch y batri. Mae'r dadansoddiad canlynol, yn seiliedig ar egwyddorion gweithio gwirioneddol batris, yn manylu ar ei effeithiau negyddol penodol a'i fecanweithiau sylfaenol.
Er mwyn hwyluso dealltwriaeth glir, gadewch i ni egluro'r rhagosodiad craidd yn gyntaf: Swyddogaeth graidd yr electrolyte yw hydoddi halwynau lithiwm (fel LiPF6, LiFSI, ac ati), gan ddarparu ïonau lithiwm sy'n symud yn rhydd, tra'n gwlychu'r deunyddiau gweithredol electrod positif a negyddol ar yr un pryd (megis deunyddiau teiran, ffosffad haearn lithiwm, graffit, ac ati) a'r gwahanydd, adeiladu rhyngwyneb sefydlog, electrodEI / ffilm lithiwm effeithlon (CEI) sefydlog, electrodEI cludiant ïon rhwng yr electrodau positif a negyddol.
I. Dirywiad Cynhwysedd Sylweddol (Cynhwysedd Isel)
Effaith fwyaf uniongyrchol a greddfol electrolyt annigonol yw bod cynhwysedd rhyddhau gwirioneddol y batri yn sylweddol is na'r gallu dylunio, ac mae'r dirywiad cynhwysedd hwn yn anghildroadwy, gan waethygu'n barhaus gyda chyfrif beicio cynyddol. Mae'r mecanwaith craidd yn gorwedd yn y ffaith na all yr electrolyte wlychu'r deunyddiau gweithredol electrod positif a negyddol yn llawn; dim ond ychydig bach o ddeunydd gweithredol arwyneb all gymryd rhan yn yr adwaith mewnosod / echdynnu ïon lithiwm, tra bod llawer iawn o ddeunydd gweithredol mewnol yn parhau i fod yn "segur" ac ni allant wneud gweithgaredd electrocemegol.
O safbwynt strwythurol, mae'r electrodau positif a negyddol yn fandyllog (gyda mandylledd fel arfer rhwng 30% a 50%). Rhaid i'r electrolyte lenwi'r mandyllau hyn yn llawn i ganiatáu i ïonau lithiwm gysylltu â phob gronyn gweithredol. Os nad yw'r electrolyte yn ddigonol, ni all cyfnod electrolyt parhaus ffurfio o fewn y mandyllau, a dim ond o fewn ardal gyfyngedig ar wyneb yr electrod y gall ïonau lithiwm symud. Mae hyn yn lleihau'n sylweddol nifer yr ïonau lithiwm sy'n cymryd rhan yn yr adwaith electrocemegol, gan atal rhyddhau'r gallu llawn a ddyluniwyd yn ystod rhyddhau.
Ar ben hynny, mewn cyflwr electrolyt isel, yn ystod y wefr gyntaf, ni all rhai deunyddiau gweithredol heb eu gwlychu ffurfio ffilm ryngwyneb sefydlog. Hyd yn oed gydag ailgyflenwi electrolytau wedi hynny, mae'r deunyddiau gweithredol hyn yn annhebygol o adennill gweithgaredd, gan arwain at bydredd cynhwysedd anwrthdroadwy ac atal adferiad i'r gwerth dylunio trwy gylchoedd codi tâl.
ACEY-BCT560-64PProfwr Capasiti Batri Lithiwmyw'r ateb perffaith ar gyfer profi a gwerthuso perfformiad batris lithiwm-ion. Mae'r cyflwr hwn o'r offer celf yn cynnwys technoleg uwch i fesur a dadansoddi paramedrau amrywiol yn gywir gan gynnwys foltedd, cerrynt, tymheredd a mwy.
II. Cynnydd sydyn mewn Gwrthiant Mewnol Batri
Mae ymwrthedd mewnol batri lithiwm yn bennaf yn cynnwys tair rhan: ymwrthedd ohmig, ymwrthedd trosglwyddo tâl, a gwrthiant trylediad. Mae electrolyt annigonol yn arwain at gynnydd sylweddol yn y ddau olaf, yn y pen draw yn achosi cynnydd sydyn yng nghyfanswm ymwrthedd mewnol y batri, sydd yn ei dro yn effeithio ar effeithlonrwydd tâl / rhyddhau a pherfformiad allbwn.
Ar y naill law, mwy o wrthwynebiad trosglwyddo tâl: Mae ymwrthedd trosglwyddo tâl yn digwydd yn bennaf ar y rhyngwyneb electrod / electrolyt, gan ddibynnu ar ffilm ryngwyneb sefydlog a digon o electrolyt ar gyfer trosglwyddo tâl. Pan nad yw'r electrolyte yn ddigonol, nid yw'r wyneb electrod wedi'i wlychu'n ddigonol, ac ni ellir gorchuddio'r ffilmiau rhyngwyneb (ffilm SEI, ffilm CEI) yn unffurf. Mae'r ymwrthedd i fewnosod / echdynnu ïon lithiwm ar yr wyneb electrod yn cynyddu, gan arafu trosglwyddiad gwefr ac achosi i'r gwrthiant trosglwyddo tâl gynyddu'n esbonyddol. Ar y llaw arall, mwy o wrthwynebiad trylediad: Mae cyfradd trylediad ïonau lithiwm yn yr electrolyte yn uniongyrchol gysylltiedig â pharhad a chrynodiad yr electrolyte. Mae electrolyt annigonol yn arwain at grynodiad electrolyte anwastad, gyda rhai ardaloedd hyd yn oed yn dod yn ardaloedd gwag "rhydd o electrolyt". Mae llwybr trylediad ïonau lithiwm wedi'i rwystro, mae'r pellter trylediad yn dod yn hirach, ac mae'r ymwrthedd trylediad yn cynyddu'n sylweddol.
III. Perfformiad Beiciau'n Dirywio'n Sylweddol
Mae perfformiad beicio yn ddangosydd craidd o oes batri lithiwm, gan gyfeirio at allu'r batri i gynnal cynhwysedd sefydlog yn ystod cylchoedd rhyddhau gwefru dro ar ôl tro. Mae electrolyt annigonol yn arwain at ddirywiad sydyn mewn perfformiad beicio ac mae'n dueddol o ddioddef ffenomenau annormal megis gostyngiad sydyn a sylweddol mewn cynhwysedd ar ôl un cylchred. Mae hwn yn ei hanfod yn gylch dieflig a achosir gan fwy o wrthwynebiad mewnol.
Fel y soniwyd yn gynharach, mae electrolyt annigonol yn arwain at fwy o wrthwynebiad mewnol. Canlyniad craidd mwy o wrthwynebiad mewnol yw gwresogi lleol dwys yn ystod gwefru a gollwng batri (yn ôl cyfraith Joule Q=I²Rt, gyda cherrynt cyson, gwrthiant mewnol uwch yn arwain at gynhyrchu mwy o wres). Mae gorboethi lleol yn cyflymu dadelfeniad electrolyte-ar dymheredd uchel, mae'r electrolyte yn cael adweithiau rhydocs, gan gynhyrchu nwyon fel CO₂ a HF, yn ogystal â sylweddau anadweithiol, gan ddefnyddio'r electrolyte sy'n weddill ymhellach ac arwain at hyd yn oed mwy o electrolyte annigonol. Ar yr un pryd, mae tymheredd uchel hefyd yn niweidio'r ffilm sefydlog yn y rhyngwyneb electrod / electrolyte (bydd y ffilm SEI yn rhwygo ac yn ail-greu). Bydd y ffilm SEI rhwygo yn defnyddio ïonau lithiwm ac electrolyte eto i'w hatgyweirio ei hun, gan gynyddu ymwrthedd trosglwyddo tâl ymhellach.
Mae'r cylch dieflig hwn o "lefel electrolyte isel → mwy o wrthwynebiad mewnol → gwresogi lleoledig → dadelfennu electrolyte → gwaethygu lefel electrolyte isel" yn achosi i gapasiti'r batri ddirywio'n barhaus yn ystod beicio, ac mae cyfradd y dirywiad yn cyflymu. Pan fydd nifer y cylchoedd yn cyrraedd lefel benodol, mae'r ffilm ryngwyneb yn methu'n llwyr, neu mae'r electrolyte wedi blino'n lân, mae gostyngiad sylweddol mewn cynhwysedd yn digwydd. Ar ben hynny, mae lefel electrolyte isel hefyd yn arwain at gysondeb cynhwysedd gwael yn ystod beicio batri. Mewn pecyn batri cyfres aml-gell, bydd y celloedd â lefel electrolyte isel yn dirywio gyntaf, gan lusgo i lawr perfformiad a hyd oes y pecyn batri cyfan.
IV. Cynhyrchu Gwres Difrifol Yn ystod Cyhuddo a Rhyddhau
Mae cynhyrchu gwres a achosir gan electrolyt annigonol yn gyswllt hanfodol rhwng diraddio perfformiad a methiant diogelwch. Mae'r cynhyrchiad gwres yn tarddu'n bennaf o ddwy ffynhonnell, sy'n cael effaith gronnus, gan arwain at dymheredd batri annormal o uchel a pheri risg gynnar bosibl o redeg i ffwrdd thermol.
- Cynhyrchu Gwres Catalytig Oherwydd Ymwrthedd Mewnol
Fel y soniwyd yn gynharach, mae electrolyt annigonol yn arwain at gynnydd sydyn mewn ymwrthedd mewnol, gan gynyddu'n sylweddol y gwres Joule a gynhyrchir yn ystod codi tâl a rhyddhau. Ar ben hynny, oherwydd diffyg electrolyte, mae ei allu afradu gwres ei hun hefyd yn lleihau (mae gan electrolyte hefyd swyddogaeth afradu gwres penodol, gan ddargludo gwres a gynhyrchir gan yr electrodau i'r casin batri).
- Cynhyrchu Gwres Adwaith Annormal
Mae electrolyte annigonol yn achosi ansefydlogrwydd yn y ffilm rhyngwyneb electrod, gan ei gwneud yn dueddol o adweithiau ochr. Mae hyn yn amlygu ei hun fel cynnydd sylweddol yn nhymheredd casin y batri yn ystod y tâl a'r rhyddhau (mae'r tymereddau gwefr a rhyddhau arferol fel arfer yn 20- 45 gradd, ond gall batris electrolyt annigonol godi uwchlaw 50 gradd), yn arbennig o amlwg wrth godi tâl, weithiau hyd yn oed yn dod yn "boeth i'r cyffwrdd." Os yw'r batri o dan gyfradd uchel o dâl a rhyddhau, bydd y cynhyrchiad gwres yn dwysáu ymhellach, o bosibl yn uwch na'r tymheredd dadelfennu electrolyte (fel arfer yn uwch na 60 gradd), gan gyflymu dadelfeniad electrolyte a heneiddio electrod, gan greu perygl diogelwch posibl ar gyfer methiannau dilynol. Ar ben hynny, gall cynhyrchu gwres hirfaith arwain at ddadffurfiad casin batri a heneiddio seliwr, gan achosi gollyngiadau electrolyte o bosibl a gwaethygu cyflwr y batri ymhellach.
ACEY-BCT506-512Hoffer prawf rhyddhau tâl batriyn defnyddio dyfeisiau monitro a rheoli electronig modern yn lle gwaith llaw i fonitro foltedd amser real, cerrynt, cynhwysedd, egni, cyflwr ffurfio a pharamedrau eraill ffurfio batris dosbarthedig mewn amser real, canfod a thrin diffygion, cofnodi a dadansoddi data perthnasol, er mwyn gwireddu prosesu heb oruchwyliaeth a swp yn y broses ffurfio, Meddalwedd rheoli cyfrifiaduron ar gyfer monitro a chynnal a chadw offer yn ganolog.
V. Platio Lithiwm wrth yr Electrod Negyddol, neu Ignition
Dyma effaith negyddol fwyaf difrifol electrolyt annigonol, sy'n effeithio'n uniongyrchol ar ddiogelwch batris ac yn cynrychioli un o'r prif ddulliau methu ar gyfer batris o dan-electrolyte. Achos craidd platio lithiwm yw: mae electrolyt annigonol yn arwain at wlychu lleol gwael yr electrod negyddol, gan arwain at ffurfio'r ffilm SEI yn anwastad. Ni all ïonau lithiwm fewnosod yn iawn rhwng yr haenau graffit a gallant ond adneuo lithiwm metelaidd ar yr wyneb electrod negyddol (hy, "platio lithiwm"), gan achosi cyswllt uniongyrchol rhwng yr electrodau positif a negyddol y tu mewn i'r batri, gan sbarduno cylched byr mewnol.
Mae cylched byr mewnol yn cynhyrchu llawer iawn o wres ar unwaith, gan achosi tymheredd y batri i godi'n sydyn (ar unwaith yn fwy na 100 gradd), gan arwain at redeg i ffwrdd thermol. Mae tymheredd uchel yn achosi i'r electrolyt ddadelfennu'n dreisgar, gan gynhyrchu llawer iawn o nwyon fflamadwy a ffrwydrol (fel CO a CH4). Mae pwysedd mewnol y batri yn codi'n sydyn, gan achosi i'r casin batri rwygo a gollwng yn y pen draw. Os daw'r nwy i gysylltiad ag aer, neu os yw'r tymheredd mewnol yn cyrraedd pwynt tanio'r electrolyte neu ddeunyddiau electrod, gall danio neu hyd yn oed ffrwydro. Ar ben hynny, hyd yn oed heb gylched fer fewnol, bydd y lithiwm metelaidd a adneuwyd yn adweithio â'r electrolyte, gan ddefnyddio ïonau electrolyte a lithiwm, gan gyflymu diraddio perfformiad batri a pheryglon diogelwch ymhellach. Wrth ddadosod batri ag electrolyt annigonol iawn, gellir hyd yn oed arsylwi dyddodion lithiwm metelaidd yn uniongyrchol ar yr wyneb electrod negyddol, ac mae'n dueddol o danio.
Crynodeb
Nid yw electrolyt annigonol mewn batris lithiwm yn "fân ddiffyg," ond yn hytrach mae'n achosi difrod anadferadwy i'r batri o'r tu mewn, gan effeithio ar berfformiad, oes a diogelwch. Mae ei effaith yn arddangos nodwedd "adwaith cadwyn": electrolyte annigonol → gwlychu annigonol → trafnidiaeth ïon lithiwm wedi'i rwystro → mwy o wrthwynebiad mewnol → cynhyrchu gwres cynyddol → dadelfennu electrolyte → gwaethygu electrolyte annigonol → dyddodiad lithiwm → cylched byr mewnol → tân a ffrwydrad. Mewn cynhyrchu a defnyddio gwirioneddol, rhaid rheoli faint o electrolyte a ddefnyddir yn llym, fel arfer wedi'i gyfrifo'n union yn seiliedig ar baramedrau megis mandylledd electrod a chyfaint batri er mwyn osgoi problemau electrolyt annigonol.
Os yw batri'n dangos gostyngiad sylweddol yn yr ystod (pydredd cynhwysedd yn fwy na 20%), gwres annormal wrth godi tâl a gollwng, foltedd gwefru rhy uchel, foltedd gollwng rhy isel, neu ostyngiad sydyn mewn cynhwysedd yn ystod beicio, gall nodi electrolyt annigonol. Mae archwilio a chynnal a chadw amserol yn hanfodol i atal difrod batri pellach neu ddigwyddiadau diogelwch. Ar gyfer pecynnau batri mawr fel batris pŵer a batris storio ynni, gall electrolyt annigonol hefyd effeithio ar sefydlogrwydd y system gyfan, gan ofyn am sylw ac atal ffocws.
