Як поліпшити ефект інфільтрації електроліту на полюсі?

1. Концепція електроліту

Електроліт - це іонний провідник, який проводить між позитивним та негативним електродами акумулятора. Під час зарядки та розрядки іони літію передаються вперед-назад між позитивним та негативним електродами. Електроліт має порівняно великий вплив на заряд і розряд акумулятора' продуктивність заряду та розряду (висока та низька швидкість), термін служби (циклічне зберігання) та діапазон температури.

Відповідні розчинники вимагають високої діелектричної проникності та низької в'язкості. Загальновживані алкильні карбонати, такі як ПК і ЕС, мають сильну полярність і високу діелектричну проникність, але в'язкість велика, а міжмолекулярна сила велика, і іони літію рухаються в ній. Швидкість повільна. Лінійні складні ефіри, такі як DMC (диметилкарбонат) та DEC (діетилкарбонат), мають низьку в'язкість, але низьку діелектричну проникність. Тому для отримання розчинів з високою іонною провідністю зазвичай використовують ПК + DEC, EC + DMC та інші змішані розчинники.

Електроліт, що використовується в літій-іонних батареях, як правило, повинен відповідати наступним основним вимогам:

a. Висока іонна провідність, як правило, повинна досягати 1 × 10-3 ~ 2 × 10-2 С / см;

b. Висока термічна та хімічна стабільність, не відбувається поділу в широкому діапазоні напруги;

c. Широке електрохімічне вікно для підтримки стабільності електрохімічних характеристик у широкому діапазоні напруги;

d. Він має хорошу сумісність з іншими частинами батареї, такими як електродні матеріали, електродні струмоприймачі та сепаратори;

e. Безпечний, нетоксичний та екологічно чистий.

2. Ефект інфільтрації електроліту

Коли літієва батарея досягає норми викидання або раптово виходить з ладу, її часто розбирають, щоб проаналізувати призначення батареї' погіршення або зниження продуктивності. Коли редактор розібрав і проаналізував літієву батарею, було виявлено, що батарея з низькою продуктивністю циклу часто пов'язана з поганим ефектом інфільтрації електроліту на полюсі. Коли ефект інфільтрації електролітів поганий, шлях пропускання іонів стає далі, що заважає човнику іонів літію між позитивним та негативним електродами. Полюсні деталі, які не контактують з електролітом, не можуть брати участь в електрохімічній реакції акумулятора, і опір інтерфейсу акумулятора збільшується, що впливає на продуктивність літію, розрядну здатність та термін служби акумулятора.

Отже, щоб уникнути всіляких недоліків, нам потрібно знайти спосіб зробити так, щоб електроліт якомога більше просочив полюс. Звичайно, розглядаючи питання вартості, нам потрібно використовувати відповідну кількість електроліту, наскільки це можливо. Кількість електроліту впливає на роботу акумулятора.

3. Як поліпшити змочуваність електроліту

Інфільтрація електролітом полюса включає трифазний контакт твердої речовини, рідини та газу. Коли електроліт вводиться у корпус батареї, електроліт повинен спочатку розрядити повітря в корпусі, а потім електроліт буде прилипати до поверхні позитивних і негативних активних матеріалів, а частина електроліту потрапить у позитивний електрод-діафрагма-негатив електрод через діафрагму сердечника обмотки. між. Із часом електроліт буде проникати в полюси, а електроліт у діафрагмі - в зворотному напрямку. Коли час стояння до певної міри довгий, під дією поверхневого натягу інфільтрація стовпів полюса досягає стану рівноваги.

У цьому процесі концепція" кут контакту" (кут змочування) у фізичній хімії. Як показано на малюнку нижче, синя область на малюнку представляє рідину, а сіра область - суцільну поверхню. Тоді синьо-сіра контактна область - це інтерфейс контакту тверда рідина. Положення, коли тангенс рідини перетинає тверду поверхню розділу, утворює кут θ. Чим менший кут контакту θ, тим краща змочуваність електроліту до полюса або діафрагми. .

Однак у реальному процесі експлуатації часто неможливо зрозуміти ефект інфільтрації електроліту на полюсі. Згідно з вищезазначеним принципом інфільтрації електроліту, ми можемо знайти шляхи покращення ефекту інфільтрації електроліту на полюсі з наступних пунктів:

(1) Удосконалити процес введення

Удосконалення процесу впорскування рідини є найбільш звичним методом, який може ефективно покращити ефект інфільтрації електроліту з точки зору ефективності впорскування рідини, умов впорскування рідини, часу стояння та методів впорскування рідини.

Вприскування рідини в умовах вакууму не тільки полегшує скидання газу в камеру, але також зменшує опір газу до впорскування електроліту та допомагає електроліту просочуватися до полюсних деталей. Принцип полягає в тому, що вакуумне впорскування може зменшити існування газостійкості на трифазному інтерфейсі твердий газ-рідина, дозволяючи електроліту безпосередньо контактувати з полюсом, зменшуючи час інфільтрації.

Подовжуючи час стояння під вакуумом, це може забезпечити повне просочування електроліту в полюс. Після впорскування рідини, подовжуючи час стояння, кут змочування між розчином електрода та полюсом поступово зменшується, і радіус змочування поступово збільшується, і нарешті досягається хороший змочувальний ефект.

Щоб уникнути явища недостатньої інфільтрації електролітом діафрагми та полюсних деталей, електроліт можна вводити порціями, щоб полегшити електроліту повне проникнення полюсних шматочків. В принципі, цей метод роботи полягає у збільшенні ймовірності контакту твердої рідини та розширенні площі контакту. , У випадку з такою ж кількістю електроліту час інфільтрації можна скоротити.

(2) Удосконалити основний процес

Ефект інфільтрації електроліту не пов'язаний із властивостями частинок матеріалу електрода, щільністю ущільнення полюсних деталей та герметичністю серцевини. Різна морфологія та розмір частинок позитивних та негативних активних матеріалів, провідних речовин та електроліту мають різний ефект інфільтрації на полюсних шматках. Чим більший розмір частинок сировини, тим ближче до сферичної форми, тим більша швидкість проникнення електроліту і довший час інфільтрації. короткий. Коли щільність ущільнення полюса занадто велика, пористість полюса зменшиться, що не сприяє інфільтрації електроліту полюса. Необхідно відрегулювати відповідну щільність ущільнення для задоволення інфільтрації електроліту за умови забезпечення низького імпедансу акумулятора. ступінь. Подібним чином герметичність штабеля комірок або обмотки також вплине на інфільтрацію електроліту.

Коли обмотка вільніша, пори між позитивним електродом - сепаратором - негативним електродом більші, а кількість накопиченого електроліту більша, що в деяких місцях збагачується, а місцями не вистачає, що, безсумнівно, сильно впливає на продуктивність акумулятора. Коли обмотка туга, це вплине на швидкість просочування та ефективність електроліту, що не є бажаним.

(3) Додайте засіб для інфільтрації електроліту

Зазвичай використовується електроліт - це органічний розчинник, а полюс - неорганічний матеріал, тому здатність поглинати електроліт слабка. Додавання добавок до електроліту може також покращити інфільтрацію електроліту. Лю Фангфанг та інші використовували флюороефірний матеріал як добавку до електроліту. Результати випробувань показують, що додавання невеликої кількості інфільтранта до електроліту може ефективно скоротити час впорскування батареї та суттєво покращити циклічні характеристики акумулятора, але слід зазначити, що він використовується як інфільтрант. Коли сума додавання досягне 1%, це негативно вплине на продуктивність циклу.

Суть проклеюючого агента - це ПАР. Цей тип проклеюючого агента має переваги високої поверхневої активності, високої термостійкості, низької горючості та високої хімічної стійкості. Додавання проклеюючого агента до електроліту може зменшити поверхневий натяг рідини. Покращують змочувальну здатність та здатність проникнення електроліту до полюса, тим самим покращуючи електрохімічні характеристики акумулятора.

За допомогою вищезазначених декількох методів ефект інфільтрації електроліту на полюсі може бути ефективно покращений. Скорочення часу просочування може заощадити виробничі витрати, покращити ефект просочування, зменшити імпеданс інтерфейсу батареї та підвищити ефективність використання активних матеріалів, тим самим збільшуючи ємність акумулятора та покращуючи характеристики швидкості розряду.