Hlavná príčina tvorby plynu v lítium-iónových batériách je v podstate výsledkom série nežiaducich chemických a elektrochemických vedľajších reakcií v batérii. Tieto reakcie spotrebúvajú aktívne zložky v batérii, narúšajú stabilitu vnútornej štruktúry a vytvárajú plynné produkty. To vedie nielen k problémom so znížením výkonu, ako je vydutie batérie, pokles kapacity a skrátená životnosť cyklu, ale v závažných prípadoch to môže spôsobiť aj bezpečnostné riziká, ako je vytečenie batérie, požiar a dokonca výbuch. Na základe vnútornej štruktúry a princípu fungovania lítium-iónových batérií pochádza produkcia plynu hlavne z nasledujúcich piatich základných aspektov, z ktorých každý je vzájomne prepojený a často sa navzájom indukuje a zhoršuje fenomén produkcie plynu.
Po prvé, rozklad elektrolytu
Elektrolyt ako základné médium na transport iónov v lítium-iónovej batérii sa skladá z organických rozpúšťadiel, lítiových solí a prísad. Jeho stabilita priamo ovplyvňuje bezpečnosť batérie. V prostredí s vysokou-teplotou (nad 60 stupňov) alebo pri použití nesprávneho napätia (ako je prebíjanie alebo nabíjacie napätie prekračujúce bezpečný rozsah) organické rozpúšťadlá v elektrolyte podliehajú oxidačným alebo redukčným reakciám a rozkladajú sa, čím sa rozkladá pôvodná molekulárna štruktúra. Tento proces vytvára množstvo plynov, predovšetkým oxid uhličitý (CO2), oxid uhoľnatý (CO), metán (CH4) a etylén (C2H4). Spomedzi nich sú CO a iné plyny toxické, čo ešte viac zvyšuje bezpečnostné riziká.
Po druhé, je tu poškodenie a prestavba filmu SEI
Film SEI (rozhranie pevného elektrolytu) na povrchu zápornej elektródy je ochranný film, ktorý sa prirodzene vytvára počas prvého nabíjania a vybíjania lítiovej batérie. Zabraňuje priamej reakcii elektrolytu s materiálom zápornej elektródy, čím zabezpečuje normálnu prevádzku batérie. Keď je však batéria vystavená nadmernému nabitiu, nadmernému{2}}vybíjaniu, vysokým teplotám alebo silným vibráciám, film SEI môže prasknúť. V tomto čase bude elektrolyt opäť reagovať s materiálom zápornej elektródy a pokúsi sa opraviť poškodený film SEI. Tento proces opakovaného poškodenia a opravy nepretržite vytvára plyny, vrátane vodíka (H2), etylénu (C2H4) a etánu (C2H6). Časom to môže viesť k tomu, že film SEI stratí svoju ochrannú funkciu.
Po tretie, existuje nadmerný obsah vlhkosti
Lítium-iónové batérie majú extrémne vysoké požiadavky na obsah vnútornej vlhkosti. Dokonca aj stopové množstvá vody (hladina ppm, tj jedna časť na milión) môžu vyvolať vážne vedľajšie reakcie. Vlhkosť reaguje s jadrovou lítiovou soľou v elektrolyte (ako je hexafluórfosfát lítny LiPF₆) za vzniku vysoko korozívnej kyseliny fluorovodíkovej (HF). HF nielen poškodzuje film SEI, ale tiež ďalej spúšťa reťazovú reakciu vedľajších reakcií, vrátane rozkladu elektrolytu a korózie materiálu elektród, pričom vznikajú plyny, ako je vodík (H2), fluorovodík (HF), oxid uhoľnatý (CO) a oxid uhličitý (CO2), pričom súčasne dochádza k korózii vnútorných komponentov batérie.
Po štvrté, existujú vedľajšie reakcie súvisiace s materiálom katódy
Katódový materiál je rozhodujúci pre skladovanie a uvoľňovanie energie lítium{0}}iónových batérií, najmä vysoko-niklových ternárnych katódových materiálov, ktoré majú relatívne zlú štrukturálnu stabilitu. Pri prebití alebo podmienkach vysokej{3}}teploty sa kryštálová štruktúra materiálu katódy zrúti a uvoľní sa kyslík. Tento kyslík prudko reaguje s elektrolytom, čím ďalej zintenzívňuje rozklad elektrolytu a vytvára veľké množstvo plynu, najmä kyslíka (O₂) a oxidu uhličitého (CO₂). Kyslík urýchľuje spaľovacie reakcie, čím sa zvyšuje riziko požiaru batérie.
Po piate, vedľajšie reakcie materiálu anódy
Rôzne materiály anód vykazujú rôzne charakteristiky tvorby plynu. Novšie anódové materiály, ako sú kremíkové anódy, zaznamenávajú počas nabíjania a vybíjania výrazné zmeny objemu (rýchlosť expanzie môže presiahnuť 300 %). Táto opakovaná objemová expanzia a kontrakcia nepretržite poškodzuje film SEI, čo vedie k prebiehajúcim vedľajším reakciám a kontinuálnej tvorbe plynu. Tradičné grafitové anódy pri nadmernom -vybití alebo vysokej{5}} teplote tiež reagujú s elektrolytom a vytvárajú plyny, ako je vodík (H2), etylén (C₂H4) a etán (C₂H₆), čo ovplyvňuje výkon a bezpečnosť batérie.
o nás
Acey inteligentnása zameriava na poskytovanie integrovaných riešení na jednom mieste pre poloautomatické aj plne automatické montážne linky lítiových batérií, ktoré slúžia aplikáciám, ako sú systémy na skladovanie energie (ESS), bezpilotné lietadlá (UAV), elektronické bicykle, elektronické skútre, elektrické náradie a dvoj/trojkolesové vozidlá. Okrem toho spoločnosť ponúka komplexný rad zariadení na montáž batériových blokov, vrátane strojov na triedenie článkov, triedičov batérií, aplikátorov izolačného papiera, CCD kontrolných systémov, manuálnych a automatických bodových zváračiek, BMS testerov, komplexných testerov batérií a testovacích systémov batériových blokov.
