چرا باتری های لیتیومی برآمدگی می کنند؟

برآمدگی (همچنین به عنوان تورم شناخته می شود) یک پدیده رایج در خرابی باتری لیتیومی است که خطرات ایمنی (مانند آتش سوزی یا انفجار) را به همراه دارد و معمولاً نیاز به قطع فوری استفاده دارد.

ماهیت برآمدگی تولید گاز بیش از حد در داخل باتری است که منجر به افزایش فشار و تغییر شکل پوشش یا سلول های داخلی می شود. این در باتری های کیسه ای رایج است. تولید گاز کمی بیشتر در باتری های منشوری می تواند منجر به ضخامت ضعیف باتری شود و در موارد شدید می تواند باعث باز شدن دریچه ضد انفجار{2}} شود.

دلایل برآمدگی باتری عبارتند از:

1.1 تجزیه الکترولیت

شارژ بیش از حد:هنگامی که ولتاژ بیش از حد بالا باشد، ساختار ماده الکترود مثبت ناپایدار می شود و اکسیژن فعال آزاد می شود که به شدت با الکترولیت واکنش می دهد و مقدار زیادی گرما و گاز (مانند CO2، CO) تولید می کند.

محیط با دمای-بالا:حلال های آلی موجود در الکترولیت (مانند کربنات ها) به راحتی تجزیه می شوند و در دمای بالا گاز تولید می کنند.

1.2 تجزیه و بازسازی فیلم SEI

در طول چرخه معمولی، رابط الکترولیت جامد (فیلم SEI) روی سطح الکترود منفی کمی خود را ترمیم می کند، الکترولیت مصرف می کند و مقدار کمی گاز تولید می کند. تحت شارژ بیش از حد یا دمای بالا، فیلم SEI به طور قابل توجهی تجزیه می شود و الکترود منفی (به عنوان مثال، گرافیت) را که با الکترولیت واکنش می دهد و گازهای هیدروژن و آلکان تولید می کند، در معرض دید قرار می دهد.

1.3 واکنش ناخالصی رطوبت

اگر رطوبت در طول تولید وارد شود، نمک های لیتیوم در الکترولیت (به عنوان مثال، LiPF6) با آب واکنش داده و HF (خورنده) و هیدروژن تولید می کنند که منجر به تورم و آسیب مواد می شود.

1.4 آبکاری لیتیوم الکترود منفی

در طول{0}}شارژ دمای پایین، شارژ جریان بالا- یا پیری الکترود منفی، یون‌های لیتیوم ممکن است به‌جای جاسازی در لایه گرافیت، مستقیماً به لیتیوم فلزی در سطح الکترود منفی (آبکاری لیتیوم) کاهش یابد.

لیتیوم فلزی با الکترولیت واکنش می دهد و گازهایی مانند هیدروژن تولید می کند و همچنین ممکن است جداکننده را سوراخ کند و باعث اتصال کوتاه شود.

موارد بالا دلایل برآمدگی باتری ها را که علت اصلی (مکانیسم) تولید گاز هستند، توضیح می دهد. تولید گاز اجتناب ناپذیر است. حتی با طراحی کامل، انتخاب مواد بهینه و فرآیندهای دقیق ساخت، باتری ها گاز تولید می کنند. مقدار کمی گاز قابل قبول است و فضای داخلی باتری می تواند آنها را در خود جای دهد.

با این حال، ایرادات غیر منطقی طراحی و ساخت می تواند تولید گاز را تسریع کند و استفاده نادرست از باتری نیز تولید گاز را تسریع می کند. موارد زیر عمدتاً مشکلات تولید گاز ناشی از این عوامل را معرفی می کند.

2.1 مسائل مربوط به فرآیند تولید

کنترل نادرست رطوبت در محیط تولید منجر به رطوبت بیش از حد داخل سلول باتری می شود.

پوشش ناهموار الکترود و ناهماهنگی سیم پیچ/انباشتگی می تواند باعث تمرکز موضعی تنش یا خطرات اتصال کوتاه شود.

ACEY{0}}HFC250دستگاه پوشش الکترودبه طور گسترده در تحقیقات روی فیلم‌های مختلف پوشش‌دهنده با دمای بالا، از جمله سرامیک، ساختارهای کریستالی، مواد باتری و نانومواد تخصصی استفاده می‌شوند.

کپسولاسیون ضعیف منجر به نشت گاز یا آب بندی ضعیف می شود.

2.2 نقص مواد (جداکننده)

کیفیت پایین (تخلخل ناهموار، استحکام مکانیکی کم) آن را مستعد انقباض یا پارگی می کند.

فرمولاسیون نامناسب افزودنی الکترولیت منجر به خواص تشکیل فیلم ضعیف-می شود.

2.3 خرابی دریچه ایمنی

برخی از باتری‌های بسته{0} نرم یا استوانه‌ای دارای دریچه‌های ایمنی با طراحی ضعیفی هستند که نمی‌توانند فشار را در زمان بالا رفتن به موقع آزاد کنند.

3.1 شارژ/تخلیه بیش از حد

شارژ بیش از حد:ساختار الکترود مثبت فرو می ریزد و اکسیژن تولید می کند و تجزیه الکترولیت را تسریع می کند.

بیش از-تخلیه (ولتاژ پایین):کلکتور جریان مس در الکترود منفی حل می شود و منجر به اتصال کوتاه و تولید گاز می شود.

3.2 محیط{1}}درجه حرارت بالا

قرار گرفتن طولانی مدت در معرض دماهای بالا (مانند نور مستقیم خورشید یا دمای بالا در داخل خودرو) باعث افزایش تصاعدی در سرعت واکنش های جانبی می شود.

شارژ-جریان زیاد و تخلیه منجر به تجمع گرمای داخلی می‌شود.

3.3 آسیب مکانیکی

فشردن، سوراخ کردن یا افتادن می‌تواند باعث تغییر شکل ساختاری داخلی شود که منجر به اتصال کوتاه میکرو-یا نشت الکترولیت شود.

3.4 ذخیره سازی طولانی مدت-

نگهداری باتری برای مدت طولانی در سطوح شارژ بیش از حد بالا یا پایین باعث ادامه واکنش های جانبی می شودبه آرامی و به تدریج گاز تولید می کند.