ملخص أسباب انتفاخ بطاريات الليثيوم أيون ذات العبوات الناعمة

ملخص أسباب انتفاخ بطاريات الليثيوم أيون ذات العبوات الناعمة

هناك العديد من الأسباب لتضخم بطاريات الليثيوم أيون ذات العبوات الناعمة. بناءً على تجربة البحث والتطوير التجريبية، يقسم المؤلف أسباب انتفاخ بطارية الليثيوم إلى ثلاث فئات: أولاً، زيادة السُمك الناتج عن تمدد قطب البطارية أثناء ركوب الدراجات؛ والثاني هو التورم الناجم عن أكسدة وتحلل المنحل بالكهرباء لإنتاج الغاز. والثالث هو الانتفاخ الناتج عن عيوب العملية مثل الرطوبة والزوايا التالفة بسبب تراخي تعبئة البطارية. في أنظمة البطاريات المختلفة، يختلف العامل المهيمن للتغيرات في سمك البطارية. على سبيل المثال، في أنظمة القطب السالب من تيتانات الليثيوم، العامل الرئيسي للانتفاخ هو أسطوانة الغاز؛ في نظام القطب السالب من الجرافيت، يعمل كل من سمك لوحة القطب وإنتاج الغاز على تعزيز تورم البطارية.

1 、 التغير في سمك لوحة القطب

مناقشة حول العوامل والآليات المؤثرة على تمدد القطب السالب للجرافيت

تُعزى الزيادة في سمك الخلية أثناء عملية شحن بطاريات الليثيوم أيون بشكل أساسي إلى تمدد القطب السالب. يبلغ معدل تمدد القطب الموجب 2-4% فقط، ويتكون القطب السالب عادة من الجرافيت والمواد اللاصقة والكربون الموصل. يصل معدل تمدد مادة الجرافيت نفسها إلى 10% تقريبًا، وتشمل العوامل المؤثرة الرئيسية للتغير في معدل تمدد القطب السالب للجرافيت ما يلي: تكوين فيلم SEI، وحالة الشحن (SOC)، ومعلمات العملية، وعوامل التأثير الأخرى.

(1) أثناء عملية الشحن والتفريغ الأولى لبطاريات الليثيوم أيون المكونة من فيلم SEI، يخضع الإلكتروليت لتفاعل اختزال عند السطح البيني الصلب والسائل لجزيئات الجرافيت، مما يشكل طبقة تخميل (فيلم SEI) تغطي سطح القطب الكهربي مادة. يؤدي تكوين فيلم SEI إلى زيادة سمك الأنود بشكل كبير، وبسبب تكوين فيلم SEI، يزيد سمك الخلية بحوالي 4٪. من منظور عملية ركوب الدراجات طويلة المدى، اعتمادًا على الهيكل المادي ومساحة السطح المحددة للجرافيت المختلف، ستؤدي عملية ركوب الدراجات إلى تحلل SEI والعملية الديناميكية لإنتاج SEI الجديد، مثل رقائق الجرافيت ذات التوسع الأعلى معدل من الجرافيت الكروي.

(2) أثناء عملية تدوير خلية البطارية المشحونة، يُظهر توسيع حجم أنود الجرافيت علاقة وظيفية دورية جيدة مع SOC لخلية البطارية. وهذا يعني أنه مع استمرار أيونات الليثيوم في الترسيخ في الجرافيت (مع زيادة في SOC لخلية البطارية)، يتوسع الحجم تدريجيًا. عندما تنفصل أيونات الليثيوم عن أنود الجرافيت، فإن SOC لخلية البطارية يتناقص تدريجيًا، وينخفض ​​الحجم المقابل لأنود الجرافيت تدريجيًا.

(3) من منظور معلمات العملية، فإن كثافة الضغط لها تأثير كبير على أنود الجرافيت. أثناء عملية الضغط البارد للقطب الكهربائي، يتم إنشاء إجهاد ضغط كبير في طبقة فيلم أنود الجرافيت، والذي يصعب إطلاقه بالكامل في الخبز اللاحق ذي درجة الحرارة العالية والعمليات الأخرى للقطب الكهربائي. عندما تخضع خلية البطارية للشحن والتفريغ بشكل دوري، بسبب التأثيرات المجمعة لعوامل متعددة مثل إدخال وفصل أيون الليثيوم، وتورم المنحل بالكهرباء على المادة اللاصقة، يتم تحرير إجهاد الغشاء أثناء عملية التدوير، ويزيد معدل التمدد. من ناحية أخرى، تحدد كثافة الضغط سعة المسام لطبقة فيلم الأنود. سعة المسام في طبقة الفيلم كبيرة، والتي يمكنها امتصاص حجم تمدد القطب بشكل فعال. سعة المسام صغيرة، وعندما يحدث تمدد القطب، لا توجد مساحة كافية لاستيعاب الحجم الناتج عن التمدد. في هذا الوقت، يمكن أن يتوسع التمدد فقط نحو الخارج من طبقة الفيلم، والذي يتجلى في تمدد حجم فيلم الأنود.

(4) عوامل أخرى مثل قوة الترابط للمادة اللاصقة (المادة اللاصقة، جزيئات الجرافيت، الكربون الموصل، وقوة الترابط للواجهة بين المجمع والسائل)، ومعدل تفريغ الشحنة، وقدرة التورم للمادة اللاصقة والكهارل والشكل وكثافة التراص لجزيئات الجرافيت، والزيادة في حجم القطب الناتج عن فشل المادة اللاصقة أثناء عملية التدوير، كلها لها درجة معينة من التأثير على توسع الأنود.

حساب معدل التوسع:

لحساب معدل التمدد، استخدم طريقة الرسوم المتحركة لقياس حجم لوحة الأنود في الاتجاهين X وY، واستخدم الميكرومتر لقياس السُمك في الاتجاه Z، وقم بالقياس بشكل منفصل بعد شحن لوحة الختم والقلب الكهربائي بالكامل.

                                               الشكل 1: رسم تخطيطي لقياس لوحة الأنود

تأثير كثافة الضغط وجودة الطلاء على تمدد القطب السالب

باستخدام كثافة الضغط وجودة الطلاء كعوامل، تم أخذ ثلاثة مستويات مختلفة لتصميم تجريبي متعامد كامل العامل (كما هو موضح في الجدول 1)، مع كون الشروط الأخرى هي نفسها لكل مجموعة.

كما هو مبين في الشكلين 2 (أ) و(ب)، بعد شحن خلية البطارية بالكامل، يزداد معدل تمدد لوح الأنود في اتجاه X/Y/Z مع زيادة كثافة الضغط. عندما تزيد كثافة الدمك من 1.5 جم/سم3 إلى 1.7 جم/سم3، فإن معدل التمدد في اتجاه X/Y يزيد من 0.7% إلى 1.3%، ويزيد معدل التمدد في اتجاه Z من 13% إلى 18%. من الشكل 2 (أ)، يمكن ملاحظة أنه في ظل كثافات الضغط المختلفة، يكون معدل التمدد في الاتجاه X أكبر من ذلك في الاتجاه Y. السبب الرئيسي لهذه الظاهرة ناتج عن عملية الضغط البارد للوحة القطبية. أثناء عملية الضغط على البارد، عندما تمر اللوحة القطبية عبر أسطوانة الضغط، وفقًا لقانون الحد الأدنى من المقاومة، عندما تتعرض المادة لقوى خارجية، سوف تتدفق جزيئات المادة على طول اتجاه الحد الأدنى من المقاومة

                           الشكل 2: معدل توسع الأنودات في اتجاهات مختلفة

عندما يتم ضغط لوحة الأنود على البارد، يكون الاتجاه ذو المقاومة الأقل في اتجاه MD (اتجاه Y للوحة القطب، كما هو موضح في الشكل 3). من الأسهل تحرير الضغط في اتجاه MD، بينما يتمتع اتجاه TD (اتجاه X للوحة القطب) بمقاومة أعلى، مما يجعل من الصعب تحرير الضغط أثناء عملية التدحرج. الضغط في اتجاه TD أكبر من الضغط في اتجاه MD. لذلك، بعد شحن لوحة القطب الكهربائي بالكامل، يكون معدل التمدد في الاتجاه X أكبر منه في الاتجاه Y. من ناحية أخرى، تزداد كثافة الضغط، وتنخفض سعة المسام للوحة القطب (كما هو موضح في الشكل 4). عند الشحن، لا توجد مساحة كافية داخل طبقة فيلم الأنود لاستيعاب حجم تمدد الجرافيت، والمظهر الخارجي هو أن ورقة القطب تتوسع في اتجاهات X وY وZ ككل. من الشكلين 2 (ج) و(د)، يمكن ملاحظة أن جودة الطلاء زادت من 0.140 جم / 1540.25 مم 2 إلى 0.190 جم / 1540.25 مم 2، وزاد معدل التمدد في الاتجاه X من 0.84٪ إلى 1.15٪، و ارتفع معدل التوسع في الاتجاه Y من 0.89% إلى 1.05%. اتجاه معدل التوسع في الاتجاه Z معاكس لذلك في الاتجاه X/Y، مما يدل على اتجاه هبوطي من 16.02% إلى 13.77%. يُظهر توسع أنود الجرافيت نمطًا متقلبًا في اتجاهات X وY وZ، وينعكس التغير في جودة الطلاء بشكل أساسي في التغير الكبير في سمك الفيلم. يتوافق نمط تباين الأنود أعلاه مع نتائج الأدبيات، أي أنه كلما كانت نسبة سماكة المجمع إلى سماكة الفيلم أصغر، زاد الضغط في المجمع.

                       الشكل 3: رسم تخطيطي لعملية الضغط على البارد الأنود

                     الشكل 4: التغييرات في جزء الفراغ تحت كثافات الضغط المختلفة

تأثير سمك رقائق النحاس على تمدد القطب السالب

حدد اثنين من العوامل المؤثرة، سمك رقائق النحاس وجودة الطلاء، مع مستويات سمك رقائق النحاس من 6 و 8، على التوالي ميكرومتر. كانت كتل طلاء الأنود 0.140 جم/1، 540.25 مم2، و0.190 جم/1، 540.25 مم2، على التوالي. وكانت كثافة الضغط 1.6 جم/سم3، وكانت الظروف الأخرى هي نفسها لكل مجموعة من التجارب. تظهر النتائج التجريبية في الشكل 5. من الشكلين 5 (أ) و (ج)، يمكن ملاحظة أنه في ظل نوعين مختلفين من الطلاء، في اتجاه X / Y 8 μ، يكون معدل التمدد لصفيحة أنود رقائق النحاس m أقل من 6 ميكرومتر. تؤدي الزيادة في سمك رقائق النحاس إلى زيادة في معامل المرونة (انظر الشكل 6)، مما يعزز مقاومتها للتشوه ويعزز تقييدها على توسع الأنود، مما يؤدي إلى انخفاض في معدل التوسع. وفقًا للأدبيات، مع نفس جودة الطلاء، مع زيادة سماكة رقائق النحاس، تزيد نسبة سماكة المجمع إلى سماكة الفيلم، وينخفض ​​الضغط في المجمع، وينخفض ​​معدل تمدد القطب. وفي الاتجاه Z، يكون اتجاه تغير معدل التوسع معاكسًا تمامًا. من الشكل 5 (ب)، يمكن ملاحظة أنه مع زيادة سمك رقائق النحاس، يزداد معدل التمدد؛ من مقارنة الشكلين 5 (ب) و(د)، يمكن ملاحظة أنه عندما تزيد جودة الطلاء من 0.140 جم/1 و540.25 مم2 إلى 0.190 جم/1540.25 مم2، يزداد سمك رقائق النحاس ومعدل التمدد يتناقص. زيادة سمك رقائق النحاس، على الرغم من كونها مفيدة لتقليل إجهادها (قوة عالية)، ستزيد من الضغط في طبقة الفيلم، مما يؤدي إلى زيادة معدل توسع الاتجاه Z، كما هو مبين في الشكل 5 (ب)؛ مع زيادة جودة الطلاء، على الرغم من أن رقائق النحاس السميكة لها تأثير معزز على زيادة الضغط لطبقة الفيلم، إلا أنها تعزز أيضًا قدرة الربط لطبقة الفيلم. في هذا الوقت، تصبح قوة الربط أكثر وضوحًا وينخفض ​​معدل تمدد الاتجاه Z.

الشكل 5: التغييرات في معدل تمدد الفيلم للأنودات مع اختلاف سماكة رقائق النحاس وجودة الطلاء

                        الشكل 6: منحنيات الإجهاد والانفعال لرقائق النحاس بسماكات مختلفة

تأثير نوع الجرافيت على تمدد القطب السالب

تم استخدام خمسة أنواع مختلفة من الجرافيت للتجربة (انظر الجدول 2)، مع كتلة طلاء تبلغ 0.165 جم/1540.25 مم2، وكثافة ضغط تبلغ 1.6 جم/سم3، وسمك رقائق النحاس يبلغ 8 ميكرومتر. الشروط الأخرى هي نفسها، وتظهر النتائج التجريبية في الشكل 7. من الشكل 7 (أ)، يمكن ملاحظة أن هناك اختلافات كبيرة في معدلات التوسع للجرافيتات المختلفة في اتجاه X/Y، بحد أدنى 0.27% وبحد أقصى 1.14%. معدلات التوسع في الاتجاه Z هي 15.44% و 17.47% على التوالي. أولئك الذين لديهم توسع كبير في اتجاه X/Y لديهم توسع صغير في الاتجاه Z، وهو ما يتوافق مع النتائج التي تم تحليلها في القسم 2.2. أظهرت الخلايا التي تستخدم الجرافيت A-1 تشوهًا شديدًا بمعدل تشوه 20%، بينما لم تظهر المجموعات الأخرى من الخلايا تشوهًا، مما يشير إلى أن حجم معدل التوسع X/Y له تأثير كبير على تشوه الخلية.

                            الشكل 7: معدلات توسع الجرافيت المختلفة

خاتمة

(1) زيادة كثافة الضغط تزيد من معدل تمدد صفيحة الأنود في اتجاهي X/Y و Z أثناء عملية التعبئة الكاملة، ويكون معدل التمدد في اتجاه X أكبر من ذلك في الاتجاه Y (الاتجاه X هو اتجاه محور الأسطوانة أثناء عملية الضغط على البارد لصفيحة الأنود، والاتجاه Y هو اتجاه حزام الماكينة).

(2) من خلال زيادة جودة الطلاء، يميل معدل التمدد في اتجاه X/Y إلى الزيادة، بينما ينخفض ​​معدل التمدد في الاتجاه Z؛ ستؤدي زيادة جودة الطلاء إلى زيادة إجهاد الشد في مجموعة السوائل.

(3) تحسين قوة المجمع الحالي يمكن أن يمنع توسع الأنود في اتجاه X/Y.

(4) الأنواع المختلفة من الجرافيت لها اختلافات كبيرة في معدلات التمدد في اتجاهي X/Y وZ، حيث يكون لحجم التمدد في اتجاه X/Y تأثير كبير على تشوه الخلية.

2、الانتفاخ الناتج عن إنتاج غاز البطارية

يعد إنتاج الغاز الداخلي للبطاريات سببًا مهمًا آخر لانتفاخ البطارية، سواء كان ذلك أثناء ركوب الدراجات في درجة حرارة الغرفة، أو ركوب الدراجات في درجات الحرارة العالية، أو التخزين في درجات حرارة عالية، فسوف ينتج درجات متفاوتة من إنتاج الغاز المنتفخ. أثناء عملية الشحن والتفريغ الأولية للبطارية، سيتشكل فيلم SEI (واجهة الإلكتروليت الصلبة) على سطح القطب. يأتي تكوين فيلم SEI السلبي بشكل أساسي من اختزال وتحلل EC (كربونات الإيثيلين). جنبا إلى جنب مع توليد ألكيل الليثيوم وLi2CO3، يتم إنشاء كمية كبيرة من ثاني أكسيد الكربون وC2H4. DMC (كربونات ثنائي ميثيل) وEMC (كربونات إيثيل ميثيل) في المذيبات تشكل أيضًا RLiCO3 وROLi أثناء عملية تشكيل الفيلم، مصحوبة بإنتاج الغازات مثل CH4، C2H6، وC3H8، وكذلك غازات ثاني أكسيد الكربون. في الإلكتروليتات المستندة إلى الكمبيوتر الشخصي (كربونات البروبيلين)، يكون إنتاج الغاز مرتفعًا نسبيًا، خاصة غاز C3H8 الناتج عن تقليل الكمبيوتر الشخصي. تواجه بطاريات الليثيوم فوسفات الحديد اللينة أشد حالات التضخم شدة بعد شحنها عند درجة حرارة 0.1 درجة مئوية خلال الدورة الأولى. وكما يتبين مما سبق، فإن تكوين SEI يصاحبه إنتاج كمية كبيرة من الغاز، وهي عملية حتمية. سيؤدي وجود H2O في الشوائب إلى جعل رابطة PF في LiPF6 غير مستقرة، مما يؤدي إلى توليد HF، مما سيؤدي إلى عدم استقرار نظام البطارية هذا وتوليد الغاز. سيؤدي وجود كمية زائدة من الماء إلى استهلاك Li+ وتوليد LiOH وLiO2 وH2، مما يؤدي إلى إنتاج الغازات. أثناء عمليات التخزين والشحن والتفريغ طويلة المدى، يمكن أيضًا توليد الغاز. بالنسبة لبطاريات الليثيوم أيون المغلقة، فإن وجود كمية كبيرة من الغاز يمكن أن يتسبب في تمدد البطارية، مما يؤثر على أدائها ويقصر من عمر الخدمة. الأسباب الرئيسية لتوليد الغاز أثناء تخزين البطارية هي كما يلي: (1) يمكن أن يؤدي وجود H2O في نظام البطارية إلى توليد HF، مما يتسبب في تلف SEI. قد يتسبب الأكسجين الموجود في النظام في أكسدة المنحل بالكهرباء، مما يؤدي إلى توليد كمية كبيرة من ثاني أكسيد الكربون؛ (2) إذا كان فيلم SEI الذي تم تشكيله أثناء التكوين الأول غير مستقر، فسوف يتسبب في تلف فيلم SEI أثناء مرحلة التخزين، وستؤدي إعادة إصلاح فيلم SEI إلى إطلاق غازات مكونة بشكل أساسي من الهيدروكربونات. أثناء دورة الشحن والتفريغ طويلة المدى للبطارية، يتغير الهيكل البلوري للمادة الإيجابية، وإمكانات النقطة غير المتساوية على سطح القطب وعوامل أخرى تتسبب في أن تكون بعض إمكانات النقاط عالية جدًا، واستقرار المنحل بالكهرباء على القطب الكهربائي يتناقص السطح، والسماكة المستمرة لقناع الوجه على سطح القطب الكهربائي تجعل مقاومة واجهة القطب الكهربائي تزيد، مما يزيد من تحسين إمكانات التفاعل، مما يتسبب في تحلل المنحل بالكهرباء على سطح القطب الكهربائي لإنتاج الغاز، وقد تطلق المادة الإيجابية أيضًا الغاز.

في الأنظمة المختلفة، تختلف درجة تضخم البطارية. في بطارية نظام القطب السالب من الجرافيت، الأسباب الرئيسية لتمدد الغاز هي تكوين فيلم SEI، والرطوبة الزائدة في الخلية، وعملية التكوين غير الطبيعية، وسوء التغليف، وما إلى ذلك. كما ذكر أعلاه، في نظام القطب السالب تيتانات الليثيوم، الصناعة يعتقد عمومًا أن تمدد الغاز في بطارية Li4Ti5O12 يرجع بشكل أساسي إلى سهولة امتصاص الماء للمادة، ولكن لا يوجد دليل قاطع لإثبات هذه التكهنات. شيونغ وآخرون. أشارت شركة Tianjin Lishen Battery Company في ملخص المؤتمر الكهروكيميائي الدولي الخامس عشر إلى أن تركيبة الغاز تشتمل على ثاني أكسيد الكربون وثاني أكسيد الكربون والألكانات وكمية صغيرة من الأوليفينات، لكنها لم تقدم دعمًا للبيانات لتركيبتها ونسبها المحددة. بلهارواك وآخرون. استخدم أداة قياس الطيف الكتلي للغاز لتوصيف إنتاج الغاز في البطارية. المكون الرئيسي للغاز هو H2، وكذلك CO2، CO، CH4، C2H6، C2H4، C3H8، C3H6، الخ.

الشكل 8: تكوين الغاز لبطارية Li4Ti5O12/LiMn2O4 بعد 5 أشهر من ركوب الدراجات عند 30 و45 و60 درجة مئوية

نظام الإلكتروليت الشائع الاستخدام لبطاريات الليثيوم أيون هو LiPF6/EC: EMC، حيث يتمتع LiPF6 بالتوازن التالي في الإلكتروليت

PF5 هو حمض قوي يسبب تحلل الكربونات بسهولة، وتزداد كمية PF5 مع زيادة درجة الحرارة. يساعد PF5 على تحليل الإلكتروليت، وإنتاج غازات ثاني أكسيد الكربون، وأول أكسيد الكربون، وCxHy. يشير الحساب أيضًا إلى أن تحلل EC ينتج غازات ثاني أكسيد الكربون وثاني أكسيد الكربون. يتم إنشاء C2H4 وC3H6 بواسطة تفاعل الأكسدة والاختزال لـ C2H6 وC3H8 مع Ti4+، على التوالي، بينما يتم اختزال Ti4+ إلى Ti3+. وفقا للأبحاث ذات الصلة، فإن توليد الهيدروجين يأتي من كميات ضئيلة من الماء في المنحل بالكهرباء، ولكن محتوى الماء في المنحل بالكهرباء عموما 20 × حوالي 10-6، لإنتاج غاز H2. اختارت تجربة وو كاي في جامعة شنغهاي جياو تونغ الجرافيت/NCM111 كبطارية ذات مساهمة منخفضة، وخلصت إلى أن مصدر الهيدروجين هو تحلل الكربونات تحت الجهد العالي.

3、عملية غير طبيعية تؤدي إلى توليد الغاز وتوسعته

1. أدى سوء التغليف إلى انخفاض كبير في نسبة خلايا البطارية المتضخمة الناتجة عن سوء التغليف. لقد تم تقديم أسباب ضعف الختم العلوي والختم الجانبي وتفريغ العبوات ثلاثية الجوانب مسبقًا. سيؤدي التغليف السيئ على كلا الجانبين إلى خلية البطارية، والتي تتمثل بشكل أساسي في الختم العلوي وتفريغ الغاز. يرجع الختم العلوي بشكل رئيسي إلى ضعف الختم في موضع علامة التبويب، ويرجع تفريغ الغاز بشكل أساسي إلى الطبقات (بما في ذلك فصل PP عن Al بسبب المنحل بالكهرباء والهلام). يؤدي التغليف السيئ إلى دخول الرطوبة في الهواء إلى داخل خلية البطارية، مما يتسبب في تحلل الإلكتروليت وإنتاج الغاز.

2. تلف سطح الجيب، وتلف خلية البطارية بشكل غير طبيعي أو تلفها بشكل مصطنع أثناء عملية السحب، مما يؤدي إلى تلف الجيب (مثل الثقوب) والسماح للماء بالدخول إلى داخل خلية البطارية.

3. تلف الزاوية: بسبب التشوه الخاص للألمنيوم في الزاوية المطوية، فإن اهتزاز كيس الهواء يمكن أن يشوه الزاوية ويسبب تلفًا (كلما كانت خلية البطارية أكبر، كلما كان كيس الهواء أكبر، كان من الأسهل أن تكون تالف)، ويفقد تأثيره الحاجز على الماء. يمكن إضافة غراء التجاعيد أو الغراء الساخن الذائب إلى الزوايا للتخفيف من المشكلة. ويحظر نقل خلايا البطارية باستخدام الأكياس الهوائية في كل عملية بعد الختم العلوي، ويجب إيلاء المزيد من الاهتمام لطريقة التشغيل لمنع تذبذب مجموعة خلايا البطارية على لوحة التقادم.

4. محتوى الماء داخل خلية البطارية يتجاوز المعيار. بمجرد أن يتجاوز محتوى الماء المعيار، سوف يفشل المنحل بالكهرباء وينتج الغاز بعد التكوين أو التفريغ. الأسباب الرئيسية لمحتوى الماء الزائد داخل البطارية هي: محتوى الماء الزائد في المنحل بالكهرباء، ومحتوى الماء الزائد في الخلية العارية بعد الخبز، والرطوبة الزائدة في غرفة التجفيف. إذا كان هناك شك في أن المحتوى المائي الزائد قد يسبب الانتفاخ، فيمكن إجراء فحص بأثر رجعي للعملية.

5. عملية التشكيل غير طبيعية، وقد تؤدي عملية التشكيل غير الصحيحة إلى تضخم خلية البطارية.

6. فيلم SEI غير مستقر، ويتم تضخيم وظيفة انبعاث خلية البطارية قليلاً أثناء عملية الشحن والتفريغ لاختبار السعة.

7. الشحن الزائد أو التفريغ: بسبب وجود خلل في العملية أو الآلة أو اللوحة الواقية، قد يتم شحن خلايا البطارية أو تفريغها بشكل مفرط، مما يؤدي إلى ظهور فقاعات هواء شديدة في خلايا البطارية.

8. دائرة كهربائية قصيرة: بسبب أخطاء تشغيلية، يتلامس لسانا خلية البطارية المشحونة ويتعرضان لدائرة كهربائية قصيرة. سوف تتعرض خلية البطارية لانفجار غازي وسيقل الجهد الكهربي بسرعة، مما يؤدي إلى احتراق الألسنة باللون الأسود.

9. ماس كهربائى داخلي: يسبب ماس كهربائي داخلي بين القطبين الموجب والسالب لخلية البطارية تفريغًا سريعًا وتسخينًا لخلية البطارية، بالإضافة إلى نفخ الغاز الشديد. هناك أسباب عديدة للدوائر القصيرة الداخلية: مشكلات التصميم؛ انكماش أو تجعد أو تلف طبقة العزل؛ اختلال الخلية ثنائية. نتوءات تخترق غشاء العزل. الضغط المفرط للتركيبات؛ الضغط المفرط على آلة كي الحواف، وما إلى ذلك. على سبيل المثال، في الماضي، بسبب العرض غير الكافي، قامت آلة كي الحواف بالضغط بشكل مفرط على كيان خلية البطارية، مما أدى إلى ماس كهربائي وانتفاخ الكاثود والأنود.

10. التآكل: تتعرض خلية البطارية للتآكل، وتستهلك طبقة الألومنيوم بسبب التفاعل، مما يفقد حاجزها أمام الماء ويسبب تمدد الغاز.

11. ضخ فراغ غير طبيعي، بسبب أسباب تتعلق بالنظام أو الآلة. التفريغ ليس دقيقا. منطقة الإشعاع الحراري لختم الفراغ كبيرة جدًا، مما يتسبب في عدم ثقب حربة الشفط المفرغة لحقيبة الجيب بشكل فعال، مما يؤدي إلى شفط غير نظيف.

تدابير لقمع إنتاج الغاز غير الطبيعي

4. يتطلب قمع إنتاج الغاز غير الطبيعي البدء من تصميم المواد وعمليات التصنيع.

أولاً، من الضروري تصميم وتحسين نظام المواد والكهارل لضمان تكوين طبقة SEI كثيفة ومستقرة، وتحسين استقرار مادة القطب الموجب، وقمع حدوث إنتاج غاز غير طبيعي.

لمعالجة الإلكتروليتات، غالبًا ما يتم استخدام طريقة إضافة كمية صغيرة من المواد المضافة لتشكيل الفيلم لجعل فيلم SEI أكثر تجانسًا وكثافة، مما يقلل من انفصال فيلم SEI أثناء الاستخدام وإنتاج الغاز أثناء التجديد، مما يؤدي إلى تلف البطارية. انتفاخ. وقد تم الإبلاغ عن الأبحاث ذات الصلة وتطبيقها في الممارسة العملية، مثل تشنغ سو من معهد هاربين للتكنولوجيا، الذي ذكر أن استخدام مادة VC المضافة لتشكيل الفيلم يمكن أن يقلل من انتفاخ البطارية. ومع ذلك، ركزت الأبحاث في الغالب على الإضافات ذات المكون الواحد، مع فعالية محدودة. استخدم Cao Changhe وآخرون من جامعة شرق الصين للعلوم والتكنولوجيا مركب VC وPS كمادة مضافة جديدة لتشكيل الفيلم بالكهرباء، وحققوا نتائج جيدة. انخفض إنتاج الغاز في البطارية بشكل كبير أثناء التخزين في درجات الحرارة العالية وركوب الدراجات. أظهرت الأبحاث أن مكونات غشاء SEI المتكونة من EC وVC هي كربونات الليثيوم الألكيل الخطية. في درجات الحرارة المرتفعة، تكون كربونات الليثيوم الألكيل المرتبطة بـ LiC غير مستقرة وتتحلل إلى غازات مثل ثاني أكسيد الكربون، مما يؤدي إلى تورم البطارية. فيلم SEI الذي يتكون من PS هو سلفونات ألكيل الليثيوم. على الرغم من أن الفيلم به عيوب، إلا أنه يحتوي على بنية معينة ثنائية الأبعاد ولا يزال مستقرًا نسبيًا عند ربطه بـ LiC عند درجات حرارة عالية. عندما يتم استخدام VC وPS معًا، يشكل PS بنية معيبة ثنائية الأبعاد على سطح القطب السالب عند الجهد المنخفض. مع زيادة الجهد، يشكل VC بنية خطية من كربونات الليثيوم الألكيل على سطح القطب السالب. يتم ملء كربونات الليثيوم الألكيل بعيوب البنية ثنائية الأبعاد، وتشكيل فيلم SEI مستقر مع بنية شبكية متصلة بـ LiC. يعمل غشاء SEI مع هذا الهيكل على تحسين استقراره بشكل كبير ويمكنه قمع إنتاج الغاز الناتج عن تحلل الغشاء بشكل فعال.

بالإضافة إلى ذلك، نظرًا للتفاعل بين مادة أكسيد الكوبالت الليثيوم والقطب الموجب والكهارل، فإن منتجات تحللها سوف تحفز تحلل المذيبات في المنحل بالكهرباء. ولذلك، فإن الطلاء السطحي لمادة القطب الموجب لا يمكن أن يزيد فقط من الاستقرار الهيكلي للمادة، بل يقلل أيضًا من الاتصال بين القطب الموجب والكهارل، مما يقلل من الغاز الناتج عن التحلل الحفاز للقطب الموجب النشط. لذلك، فإن تكوين طبقة طلاء مستقرة وكاملة على سطح جزيئات مادة القطب الموجب هو أيضًا اتجاه تطوير رئيسي في الوقت الحاضر.