Вплив води на процес виробництва літієвих батарей

Вплив води на процес виробництва літієвих батарей

1. Вплив води на безпеку літієвих батарей

Вода є однією з шкідливих речовин у літієвих батареях. Надлишок води може призвести до проблем з безпекою, таких як коротке замикання, розширення і розрив всередині літієвих батарей. Основним способом потрапляння води всередину літієвої батареї є вода, що надходить із сировини та виробничого процесу. Тому в процесі виробництва літієвої батареї вміст води повинен суворо контролюватися, щоб забезпечити безпеку літієвої батареї.

2. Вплив води на продуктивність літієвої батареї

Вода не тільки впливає на безпеку літієвої батареї, але й на її продуктивність. Правильна кількість води може сприяти електрохімічній реакції літієвої батареї, підвищити ємність і заряджання та розряджання літій-іонного акумулятора.

Однак надлишок води призведе до зниження продуктивності акумулятора і скорочення терміну його служби. Тому в процесі виробництва літієвих батарей вміст води потрібно суворо контролювати, щоб отримати найкращі характеристики батареї.

Небезпека води на літієвих батареях

Набрякання та протікання акумулятора

Якщо вміст води в літій-іонному акумуляторі занадто високий, вона вступає в реакцію з літієвою сіллю в електроліті, утворюючи HF:

H2O + LiPF6 → POF3 + LiF + 2HF

Фтористоводнева кислота (HF) є дуже корозійною кислотою, яка дуже руйнівно впливає на продуктивність акумулятора:

Високочастотне випромінювання викликає корозію металевих частин всередині акумулятора, корпусу та ущільнювача, що, в свою чергу, з часом призведе до поломки акумулятора та його витоку.

Високочастотні хвилі руйнують інтерфейс твердого електроліту всередині акумулятора і вступають в реакцію з основними компонентами мембрани SEI:

ROCO2Li + HF → ROCO2H + LiF
Li2CO3 + 2HF → H2CO3 + 2LiF

Нарешті, всередині акумулятора утворюється осад LiF, що викликає незворотні хімічні реакції іонів літію в анод літій-іонного акумулятораспоживаючи активні іони літію, енергія акумулятора зменшується.

Коли вологи достатньо, виробляється більше газу, і тиск всередині акумулятора стає більшим, що спричиняє деформацію акумулятора під навантаженням, і виникає небезпека випинання і протікання акумулятора.

На ринку під час використання мобільних телефонів або цифрових електронних продуктів, що зустрічаються в акумуляторі випинання, відкрийте кришку ситуації, більшість з них пов'язані з високою внутрішньою водою літієвих батарей, виробництвом газу, викликаним випинанням.

Внутрішній опір акумулятора стає більшим

Внутрішній опір акумулятора - один з найважливіших робочих параметрів акумулятора, це основний символ для вимірювання труднощів передачі іонів і електронів всередині акумулятора, який безпосередньо впливає на тривалість циклу і робочий стан акумулятора; чим менший внутрішній опір, тим менша напруга, яку займає акумулятор при розряді, і тим більше енергії він видає.

Коли вміст води збільшується, POF3 і LiF осаджуються на поверхні твердого електроліту акумулятора, руйнуючи щільність і однорідність мембрани SEI, в результаті чого поступово збільшується внутрішній опір акумулятора, а ємність розряду акумулятора постійно зменшується.

Скорочення тривалості циклу

Надмірний вміст води руйнує SEI-плівку акумулятора, внутрішній опір поступово зростає, розрядна ємність акумулятора стає все меншою і меншою, а час використання акумулятора стає все коротшим і коротшим з кожним повним зарядом акумулятора, кількість разів, коли акумулятор можна використовувати в нормальному режимі (цикл), природно, стане меншою, а час використання (термін служби) акумулятора скоротиться.

Джерела води у виробництві літієвих батарей

У процесі виробництва літієвої батареї джерело вологи можна розділити на наступні аспекти:

1. Волога, що надходить із сировиною

• Позитивні та негативні матеріали: позитивні та негативні активні речовини - це мікронні та нанометрові частинки, які дуже легко поглинаються водою в повітрі; особливо потрійні або бінарні катодні матеріали з високим вмістом Ni (нікелю) мають велику питому поверхню, і поверхня матеріалу дуже легко вбирає воду і вступає в реакцію. Якщо середовище зберігання стовпа з покриттям має високу вологість, поверхневе покриття стовпа також швидко поглинає вологу з повітря.
• Електроліт: компонент розчинника в електроліт для літій-іонних акумуляторів буде реагувати з молекулами води; розчинена сіль літію в електроліті також схильна до поглинання води і хімічної реакції; тому всередині електроліту буде певна кількість води; якщо електроліт зберігається протягом тривалого часу або при занадто високій температурі в середовищі зберігання, вміст води в електроліті також зростатиме.
• Сепаратор: Сепаратор являє собою пористу пластикову плівку (PP/PE матеріал), яка також має високу абсорбуючу здатність.

2. вода, додана в целюлозу електродного листа

Воду додають у целюлозу негативного електрода і перемішують із сировиною, а потім наносять покриття, тому сам лист негативного електрода містить воду. У подальшому процесі нанесення покриття, незважаючи на нагрівання та сушіння, значна частина води все ще адсорбується всередині покриття полюсної деталі.

3. Вологість повітря в майстерні

• Волога, що міститься в повітрі в майстерні: Вологість повітря, як правило, вимірюється у відносній вологості. У різні пори року, в різну погоду відносна вологість повітря сильно варіюється; навесні, влітку вологість повітря відносно велика (більше 60%), восени, взимку повітря сухіше, вологість менша (менше 40%); в дощовий день вологість повітря більша, в сонячний день вологість повітря менша. Так різна вологість повітря, вміст води в повітрі різний.
• Вода, що виробляється людським організмом (людський піт, видихуваний подих, вода для миття рук)
• Вода приноситься різними допоміжними матеріалами та папером (картон, ганчірки, виписки)

Як контролювати воду в літієвих батареях

1. Контроль сировини

У процесі виробництва літієвих батарей дуже важливим є контроль сировини. Зокрема, такі сировинні матеріали, як електроліт, сепаратор, матеріали для позитивних і негативних електродів, можуть містити воду. Тому в процесі закупівлі ця сировина повинна бути суворо перевірена на якість, щоб переконатися, що вміст води в ній відповідає стандарту.

Водночас, у процесі зберігання та використання необхідно вживати відповідних заходів, таких як сухе зберігання, уникнення потрапляння прямих сонячних променів тощо, щоб запобігти впливу води на сировину.

2. Контроль виробничого процесу

У літієвому виробництво акумуляторів необхідно вжити низку заходів для контролю води. Наприклад, у процесі підготовки електродів необхідно переконатися, що в процесі змішування електродного матеріалу та нанесення покриття не потрапляє надмірна кількість води.

Тим часом, в процесі складання акумулятора необхідно вибрати відповідну діафрагму і електроліт, а також забезпечити низьку відносну вологість середовища складання. Крім того, в процесі формування батареї необхідно контролювати температуру і час формування, щоб уникнути впливу води на продуктивність батареї.

3. Вибір та контроль обладнання

У процесі виробництва літієвої батареї вибір і контроль обладнання також дуже важливі. Для того, щоб ефективно контролювати вміст води, необхідно вибрати відповідне сушильне обладнання та технологію, наприклад, вакуумну сушку, сушку гарячим повітрям тощо.

У той же час, регулярний огляд і технічне обслуговування виробничого обладнання також необхідні в процесі виробництва, щоб забезпечити його нормальну роботу і запобігти витоку води та іншим проблемам.

4. Тестування та аналіз

Щоб гарантувати, що якість і продуктивність літієвих батарей відповідають вимогам, батарею потрібно протестувати і проаналізувати. Серед них виявлення води є дуже важливою частиною. Найпоширеніші методи виявлення води включають газову хроматографію, мас-спектрометрію, метод Карла Фішера тощо.

Вміст води в акумуляторі можна ефективно виявити за допомогою цих методів виявлення, контролювати і відповідно обробляти. У той же час, перевірка продуктивності акумулятора також повинна проводитися регулярно, щоб зрозуміти використання акумулятора і тенденцію зміни продуктивності.

Висновок

У процесі виробництва літієвої батареї вода є дуже важливим фактором впливу. Для того, щоб забезпечити відповідність якості та продуктивності літієвих батарей вимогам, вміст води повинен суворо контролюватися.

Завдяки комплексному контролю та обробці сировини, виробничому процесу, обладнанню та випробуванням можна ефективно забезпечити відповідність вмісту води в літієвих батареях вимогам та отримати найкращі показники продуктивності та терміну служби акумулятора.