Summa causarum tumes in mollibus lithio-ion batteries

Summa causarum tumes in mollibus lithio-ion batteries

Sunt multae causae tumoris mollium sarcinarum lithium-ion gravida. Secundum experimentalem investigationem et experientiam evolutionis, auctor causas lithii in tria categoria crepitandi dividit: primo, incrementum crassitudinis ex expansione pilae electrodis in cyclo; Secundus tumor est ex oxidatione et compositione electrolytici ad gas producendum. Tertia est tumes causata per processum defectuum sicut umor et laesa angulis propter laxa altilium packaging. In diversis systematibus pugnae, factor dominantis pro mutationibus in crassitudine altilium diversae sunt. Exempli gratia, in lithio systematis electrode negativo titanato, principale ad tumes est tympanum gasi; In graphite systemate negativo electrode, crassitudo laminae electrodis et productionis gasi tum pugnae tumorem promovet.

1、 Mutatio in electrode laminam crassitudine

Discussion de Factoribus et Mechanismis Influentibus Laxamentum Graphite Negative Electrode

Augmentum in crassitudine cellae in gravida processus lithii-ion praecipue attribuitur expansioni electrode negativae. Expansio rate electrodis positivi tantum 2-4% est, et electrode negativus plerumque ex carbone graphite, tenaces et conductivo componitur. Expansio rate graphitei materialis ipsius ~10% attingit, et factores principales mutationis in graphite negativo electrode expansionis rate comprehendunt: SEI formatio cinematographica, status mandati (SOC), processus parametri, aliaque factores influentia.

(1) In primo impetu et emissione lithii-ion batteries a SEI cinematographico formatae, electrolytus reductionem patitur in solido liquido interfacies particularum graphitarum, iacum passivationem (SEI cinematographicam) formans superficiem electrodis materiam. Formatio cinematographici SEI crassitudinem anode signanter auget, et ex formatione SEI cinematographici, cellula crassitudo per 4% circiter augetur. Ex prospectu diuturni processus cycli, secundum corporis structuram et superficiei speciem diversarum graphitarum, processus cyclus proveniet in solutione SEI et processus dynamici novae productionis SEI, sicut graphiten lanuginosam expansionem altiorem habens. rate quam graphite sphaerica.

(2) Per cyclum processum activitatis publicae accusatae, expansio voluminis anodi graphitae bonam exhibet relationem functionis periodicae cum SOC pilae cellae. Hoc est, ut lithium iones in graphite infixa pergunt (aucto in SOC cellae pilae), volumen paulatim dilatatur. Ut lithium iones ab anode graphite seiungunt, SOC cellulae pugnae paulatim decrescit, et respondens volumen graphice anodi paulatim decrescit.

(3) Ex prospectu parametri processui, densitas compactionis notabilem ictum in anoode graphite habet. Durante frigore premente processu electrodis, magna vis compressiva generatur in strato graphite anode cinematographico, quod difficile est plene dimittere in coquendo et aliis processibus electrode altae temperaturae subsequentis. Cum cellula altilium cyclicam incurrentes et emissionem patitur, ob coniunctos effectus plurium factorum ut lithium ion insertio et elongatio, electrolytici tumentes super tenaces, membrana accentus in processu cyclico dimittitur et dilatatio increscit. E contra, densitas compaction determinat capacitatem anode cinematographici porum. Facultas pororum in strato cinematographico magna est, quae efficaciter volumen evolutionis electrode trahit. Facultas porum parva est, et cum incidit expansio electrode, spatium non sufficit ad trahendum volumen ex expansione generatum. Hoc tempore, expansio solum potest crescere versus extra veli iacuit, sicut volumen expansionem anode cinematographici manifestavit.

(4) Aliae factores ut compages vis tenaces (particuli tenaces, graphitae, carbonis conductivi, et compages vis interfaceti inter collectorem et fluidum), crimen missionis rate, tumor facultatis tenaces et electrolytici figura et densitas particulorum graphitarum positis, et incrementum electrode volubilis ex defectione tenaces in cyclo processu, omnes habent aliquem gradum ictum in anode expansionis.

Calculus expansionis in rate:

Ad dilatationem rate calculi, utere methodo anime ad metiri magnitudinem laminae anodae in X et Y directiones, uti micrometer ut metiaris crassitiem in Z directionem, et metiaris seorsim post stampam et nucleum electricum plene obicitur.

                                               Figura I Schematica tabulae laminae anode mensurae

Influence of Compaction Density and Coating Quality on Negative Electrode Expansion

Usura compactionis densitatis et qualitatis efficiens ut factores, tres gradus distincti sunt pro factore orthogonali experimentali (ut in Tabula I ostensum est), cum aliis condicionibus in utroque coetu eadem.

Ut in figuris 2 (a) et (b) ostenditur, postquam cellula pilae plene comminata est, rate expansio schedae anodae in X/Y/Z directione aucto densitatis compactionis incremento augetur. Cum densitas compactionis ab 1.5g/cm3 ad 1.7g/cm3 augetur, expansio in X/Y directio crescit ab 0,7% ad 1.3%, et dilatatio in Z directionem ab 13% ad 18% crescit. Ex Figura 2 (a), videri potest sub diversis compactionis densitatibus, expansionem rate in X directionem maiorem esse quam in Y directionem. Causa principalis huius phaenomeni causatur ex processu presso frigoris laminae polaris. Durante frigore premente processu, cum lamina polaris per prementem cylindrum transit, secundum legem minimae resistentiae, cum materia viribus externis subiecta est, particulae materiales per directionem minimae resistentiae fluunt.

                           Figure 2 Expansion rate of anodes in different directions

Cum bractea anode friget, directio cum resistentia infima est in MD directionem (Y directionem electronici laminae, ut in Figura III ostenditur). Accentus facilior est in MD directionem dimittere, dum TD directio (X directionis laminae electrodis) altiorem resistentiam habet, difficilem difficultatem in processu volubili accentus dimittere. Accentus in TD directionis maior est quam in directione MD. Itaque, scheda electrode plene onerata, rate expansio in X directionem maior est quam in Y directionem. Contra, densitas compactionis crescit, et capacitas porum schedae electrodis decrescit (ut in fig. 4). Cum incurrens, spatium cinematographicum intra anode cinematographicum ad trahendum volumen expansionis graphite est, et manifestatio externa est quod scheda electrode in X, Y, et Z partes totum dilatat. Ex figuris 2 (c) et (d), videri potest tunicam qualitatem augeri ab 0.140g/1540.25mm2 ad 0.190g/1540.25mm2, expansionem rate in X directionem auctam ab 0.84% ​​ad 1.15%, ac dilatatio rate in Y aucta ab 0.89% ad 1.05%. Inclinatio expansionis rate in Z directio contraria est illi in X/Y directio, inclinatio deorsum ostendens, ab 16.02% ad 13.77%. Expansio graphite anode fluctuans in X, Y, Z directiones exhibet, ac mutatio qualitatis efficiens maxime reflectitur in significativa mutatione in crassitudine cinematographica. Ratio variationis supra anode congruens cum litteris consequitur, hoc est, quo minor crassitudinis decumani ratio est ad cinematographicam crassitiem, tanto maior vis in decumano est.

                       Figura III Schematica schematismus anode frigoris processus premens

                     Figura IV Mutationes in Inanis Fraction sub diversis compactionis densitatibus

Effectus bracteae crassitudinis aeris in dilatatione electrode negativa

Duas factores influentes, bracteae aeris crassitudinem et qualitatem efficiens, cum bractearum crassitudine gradus 6 et 8, respective μ m. Massae efficiens anode erant 0.140g/1, 540.25mm2, et 0.190g/1, 540.25mm2, respective. Densitas compactionis erat 1.6g/cm3, et aliae conditiones in singulis experimentorum coetus erant. Proventus experimentales in Figura monstrantur 5. Ex figuris 5 (a) et (c), videri potest sub duabus qualitatibus efficiens diversas, in X/Y directione 8 μ Expansio certe m aeris bracteolae bracteae anodae minus. quam 6 μ m. Augmentum in crassitudine folii aeris in incremento moduli elastici (vide Figure 6.) consequitur, quod resistentiam deformationi auget et coactionem auget in dilatatione anode, inde in diminutione expansionis. Secundum litteras, cum eadem qualitatis efficiens, quantum bracteae aeris crassitudo auget, ratio densitatis collectoris ad spissitudinem cinematographicam auget, accentus in decumano decrescit, et dilatatio electronici decrescit. In Z directionem, inclinatio rate expansionis mutatio est omnino contraria. Ex figura 5 (b), videri potest, dum crassitudo folii aenei crescit, rate expansio augetur; Ex comparatione figurarum 5 (b) et (d), videri potest, quando litura qualitas augetur ab 0.140g/1 et 540.25mm2 ad 0.190g/1540.25mm2, crassitudo folii aenei augetur et dilatatio. decrescat. Aeris bracteae crassitudinem augere, quamvis utiles ad suam vim reducendam (virtutem altam), accentus augebit in strato cinematographico, ducendo ad augmentum in Z-directionem expansionis rate, ut in Figura 5 (b); Qualitas coating augetur, quamquam ffoyle cupri denso effectum promovere in vis incrementi cinematographici habet, etiam auget facultatem ligaturae tabulae cinematographicae. Hoc tempore, vis ligaturae manifestior fit et rate Z-directio expansionis decrescit.

Figura V Mutationes in Film Expansion Rate Anodes cum Diversis Cuprum Foil Crassitudo et Coating Quality

                        Figurae 6 accentus-colarum curvarum bractearum cuprearum cum diversis crassitudinibus

Effectus graphite genus in negans electrode expansion

Quinque graphitarum genera ad experimentum adhibita sunt (vide Tabula 2), cum massa coatingis 0.165g/1540.25mm2, compactionis densitatis 1.6g/cm3, bracteae aeneae crassitudinis 8 µ m. Aliae conditiones eaedem sunt, et eventus experimentales in Figura 7. Ex Figura 7 (a), perspici potest differentias significantes in expansione diversarum graphitarum in X/Y directione, cum minimum. 0,27% et maximam 1.14%. Expansio rates in Z directionem sunt 15.44% et 17.47%, respective. Qui cum magna expansione in X/Y directionem parvam expansionem habent in Z directione, congruit cum eventibus in sectione 2.2 enucleatis. Cellulae utentes A-1 graphite gravem deformationem cum deformatione 20% demonstraverunt, dum alii coetus cellularum deformationem non ostenderunt, significans magnitudinem rate expansionis X/Y notabilem ictum in deformatione cellae habere.

                            Figure VII rates expansion diversae graphite

conclusio

(1) Densitas compactionis augendo auget expansionem ratem schedae anodi in X/Y et Z directiones in plena processu implendo, et dilatatio rate in X directionem maior est quam directio in Y (X directio est. cylindrus axis directio per frigoris processus premens schedae anode, et Y directio est cinguli machinae directio).

(2) Augendo qualitatem efficiens, rate expansio in directum X/Y ad augendum tendit, dum dilatatio rate in Z directionem decrescit; Augens litura qualitas ducet ad augmentum distrahendi accentus in humore collectione.

(3) Improve robur hodiernae collectoris expansionem anodi in X/Y partem supprimere potest.

(4) Genera graphitarum significantes differentias habent in expansione rates in directionibus X/Y et Z, cum magnitudine expansionis in X/Y directionem significantem ictum in cellae deformatione habente.

II "Bulging fecit per altilium Gas productionem"

Internus gasi productionis gravidarum alia magni ponderis est causa altilium tumoris, utrum in cella temperatura cycli, summus temperatus cyclus, vel summus temperatus repositionis, varios gradus efficiet productionis tumescentiae. In initiali impetu et processu pugnae solvens, cinematographicum SEI (Electrolytici solidi interface) in superficie electrode formabit. Institutio pelliculae negativae SEI maxime venit ex reductione et compositione EC ( Carbonate Ethylene ). Una cum generatione Lithii et Li2CO3 alkyl, magna copia CO et C2H4 generata sunt. DMC (Dimethyl Carbonate) et EMC (Ethyl Methyl Carbonate) in menstrua etiam RLiCO3 et ROLi in processu cinematographico formant, cum productione gasorum sicut CH4, C2H6 et C3H8, nec non vapores CO. In PC (Propylene carbonas) secundum electrolyticos, productio gasi relative alta est, maxime C3H8 gas ex reductione PC generata. Lithium phosphate ferrea gravida mollis sarcina experiri gravissimam inflationem post 0.1C in primo cyclo incurrens. Ut ex superioribus videri potest, formatio SEI magnam vim gasi productioni comitatur, quae processus inevitabilis est. Praesentia H2O in impuris efficiet vinculum P-F in LiPF6 instabiles fieri, generans HF, quod ad instabilitatem systematis huius pugnae et generationis gasi ducet. Praesentia nimia H2O consumet Li+ et LiOH, LiO2 et H2 generabit, productionem gasorum ducentes. In repositione et diuturno impetu et processibus missis, gas etiam generari possunt. Ut gravida lithium-ion signatum, praesentia magnae moles gasi potest efficere ut altilium dilatare possit, ita afficiens effectum suum et vitam servitutis minuens. Praecipuae rationes generationis gasi in repositionis altilium hae sunt: ​​(1) Praesentia H2O in systematis altilium generationi HF ducere potest, damnum ad SEI ducere potest. O2 in systemate oxidatio electronici causare potest, ducens ad generationem magnam quantitatem CO2; (2) Si SEI cinematographica formata in prima formatione inconstans est, damnum SEI cinematographico in scaena reposita faciet, et vapores SEI cinematographici re reparatione maxime ex hydrocarbonum composito solvet. Per diuturnum tempus currendi et solvendi cycli pilae, structura cristalli mutationum materialium positivarum, punctum potentiae inaequalis in superficie electronici et aliorum factorum, causant aliquas potentias punctum altiorem, stabilitatem electronici in electrode. Superficies decrescit, constans densitas larvae faciei in superficie electrode facit electronico resistentiae interfaciei augere, ulteriorem reactionem potentialem augere, compositionem electrolytici in superficie electronici ad gas producendum, et materia positiva etiam gas emittere potest.

In variis systematibus, gradus incrementi pugnae variat. In graphite systematis negativi electrodis pugnae, causae principales expansionis gasi sunt formatio SEI pelliculae, humoris nimius in cellula, processus formationis abnormis, packaging pauper, etc. Ut supra, in systemate negativo titanato electrode, industria vulgo credit expansionem gasi Li4Ti5O12 pugnae maxime causari per effusio aquae facilis materialis, sed nulla argumenta ad hanc speculationem probandam concludunt. Xiong et al. ex Tianjin Lishen Pugna Societas in abstracto XV Conferentiarum Electrochemicarum Internationalium ostendit compositionem gasi CO2, CO, alkanes et parvam quantitatem olefinium comprehendere, non tamen subsidia notitiae suae specificae compositionis et proportionis praebet. Belharouak et al. usus est instrumentum gasi fina-massa spectrometriae ad designandum productionem machinae gasi. Gas principale elementum est H2, tum CO2, CO, CH4, C2H6, C2H4, C3H8, C3H6, etc.

Figura VIII Gas compositio altilium Li4Ti5O12/LiMn2O4 post 5 menses cycli ad 30, 45, et 60

Systema electrolyticum vulgo pro lithio-ion gravida adhibitum est LiPF6/EC: EMC, ubi LiPF6 sequentem stateram in electrolytico habet.

Acidum PF5 est vehemens, quod carbonatarum compositionem facile causat, et moles PF5 auget cum temperatura augendo. PF5 adiuvat ad putrefactionem electrolytici, producentes vapores CO2, CO, et CxHy. Calculus etiam indicat compositionem EC vapores CO et CO2 producere. C2H4 et C3H6 generantur per reactionem oxidationis reductionis C2H6 et C3H8 cum Ti4+, respective, dum Ti4+ ad Ti3+ reducitur. Secundum ad inquisitionem pertinet, generatio H2 ex vestigium aquae in electrolytici venit, sed aqua contenta in electronico fere 20 Circa 10-6, pro productione gasi H2 venit. Wu Kai experimentum in Shanghai Jiao Tong University graphite/NCM111 electo ut pila cum humili contributione conclusit fontem H2 esse compositionem carbonatis sub alta intentione.

3、 Abnormes ducens ad gas generationis et expansionis processum

1. Pauperes packaging signanter proportionem machinarum inflatarum cellularum a pauperum packaging causarum redegit. Causae obsignationis pauperum summo, obsignandi et delapsi tres partes lateris fasciculi antea introductae sunt. Malum fasciculum hinc inde ad cellulam pilae ducet, quae maxime a summo obsignatione et degassing repraesentatur. Top obsignatio maxime debetur pauperibus obsignandis ad tab positionem, et degassing maxime ob strationem (inclusa separatione PP ab Al ob electrolytici et gel). Pauper fasciculus in aere humorem facit ut cellam pilae interiorem ingrediatur, ut electrolytici corrumpat et efficiat gas.

2. Superficies sini laeditur et cellula altilium enormiter laeditur vel artificiose laeditur in processu trahente, inde in sinum damnum (ut pinholae) et aquam ad interiorem cellulam pilae permittens.

3. Anguli damnum: Ob specialem deformationem aluminii in angulo plicato, commotio sacculi aeris angulum detorquere potest et damnum inferre (maior cellula altilium, quo sacculum aeris maius, eo facilius erit. laedi) obice effectus aqua amissis. Rugam glutinum vel glutinum calidum liquefactionem angulis addi posse ad sublevandam quaestionem. Et prohibetur movere cellulas pilas cum saccis aereis in singulis processibus post summum obsignandis, et magis attendendum est methodo operandi, ne oscillatio piscinae pilae in senescente tabula.

4. Aqua contenta intra cellam pilae vexillum excedit. Cum aqua contenta vexillum excedit, electrolyticus deficient et efficiet gas post formationem vel degassing. Causae praecipuae contentorum aquarum in medio pilae nimiae sunt: ​​nimia aqua contenta in electrolytico, nimia aqua contenta in cellula nuda post Pistorium, et nimia humiditas in cella siccitate. Si suspectus est nimiam aquae contentum bloationem causare, inspectionis processus retrospectivus peragi potest.

5. Processus formationis alius est, et processus formationis falsae causare potest cellulam altilium ut inflat.

6. SEI cinematographicum instabile est, et munus emissio cellae pugnae leviter inflata est in facultate experimenti decurrentis et emittentes.

7. Onerans vel obeundis: Ob abnormitates in processu, machina vel tabula protectiva, cellulae altilium nimis graventur vel emittuntur, ex gravibus bullis aeris in cellulis pilae.

8. Brevis circuitus: Ob errores operationales, duae tabs cellulae altilium accusati in contactum veniunt et brevem ambitum experiuntur. Cellula altilium gasi explosionem sentiet et in intentione velociter decrescet, tabs efficiendo ut nigrum ardeat.

9. Ambitus brevis internus: Internus brevis ambitus inter polos positivos et negativos cellularum pilae missionem facit et calefactionem cellulae altilium, necnon inflationem gravi gasi. Causae multae sunt ambitus brevium internorum: quaestiones consilio; Shrinkage, torquatus, vel noxa veli solitarii; Bi cell misalignment; Lappa solitariae membrana penetrans; Nimia fixture pressura; Exigua expressio oris machinae ironingae etc. Exempli gratia, in praeterito, ob satis latitudinem, margo machinae ironingae nimis expressae sunt entitatis cellulae altilium, inde in brevi circuitione et blodio cathodae et anode.

10. Corrosio: Cellula altilium corrosionem patitur, et aluminium lavacrum reactione consumitur, obice aqua amittens et dilatationem gasi causando.

11. Abnormes vacuum flare, ratio vel machina rationum causata. Degassing non est fortis; Scelerisque radiatio zonam Vacui signandi nimis magna est, causans Degassing suctionem bayonet ut non efficaciter perforabit Sacculum Pocket, unde in immundo suctu.

Gas productionem mensurae abnormes supprimere

4. Omni- bus abnormis productio gasi requirit incipiens ab utroque consilio materiali et processibus fabricandis.

In primis, necesse est materiam et electrolytici systema excogitare et optimizare, ut densi ac stabilis SEI cinematographici formationem, stabilitatem positivi materiae electrodae emendare, et eventum productionis gasi abnormis supprimere et supprimere.

Pro curatione electrolytarum, modus addendi parvam quantitatem additivorum cinematographicarum formantium saepe SEI cinematographicum magis aequabile et densum facere consuevit, minuendo deductionem cinematographici SEI in usu et productione gasi in regeneratione, quae ducit ad pugnas. pandis. Investigationi congruens relata et adhibita in usu est, ut Cheng Su ab Harbin Instituto Technologiae, qui nuntiavit usum cinematographicae formativae VC additivae machinis toros minuere posse. Investigatio autem plerumque in additamentis simplicibus componentibus, cum efficacitate limitata, notavit. Cao Changhe et alii ex Sinis Orientalibus Universitas Scientiae et Technologiae VC et PS composita utebantur ut novum cinematographicum cinematographicum additivum, bonum consequitur assequendum. Gas productionis pilae signanter reducuntur in repositione summus temperatus et revolutio. Investigatio demonstravit membra SEI membranula ab EC et VC formata esse carbonas lithii alkyl lineares. In temperaturis calidis, alkyl lithium carbonate LiC adnexum inconstans est et in vapores corrumpitur sicut CO2, inde in pugna tumor. SEI pellicula per PS formata est lithium alkyl sulfonate. Quamvis defectus cinematographici habeat, structuram quandam duos dimensionis habet et relative stabilis est cum LiC ad altas temperaturas adnectitur. Cum VC et PS in compositione adhibentur, PS defectum duarum dimensivarum structurae in superficie negativa in superficie electrodis submissa intentione efficit. Procedente intentione, VC structuram linearem facit carbonas lithii alkyl in superficie negativa. Alkyl carbonas lithium repletum est in defectibus structurae duarum dimensivarum, SEI cinematographicum stabili formans cum structura retis LiC adnexa. Membrana SEI cum hac structura stabilitatem suam valde meliorat et efficaciter productionem gasi a membrana compositionis causatam supprimere potest.

Praeterea, propter commercium inter oxydatum oxydi lithium cobaltum positivi et electrolytici, eius productorum dissolutio dissolutionem compositionis in electrolytico catalysabit. Superficies igitur efficiens materialis positivi electrodis non solum augere stabilitatem materiae structuram potest, sed etiam contactum inter positivum electrode et electrolytici minuere, reducendo gas ex catalytico compositione electrode positivi activae generatum. Formatio igitur stabilis et perfecti iacuit in superficie elementorum positivi electrode particulis materialibus auctus etiam nunc maior evolutionis directio est.