چگونه اثر نفوذ الکترولیت را بر روی قطعه قطب بهبود ببخشیم؟

1. مفهوم الکترولیت

الکترولیت یک هادی یونی است که بین الکترودهای مثبت و منفی باتری هدایت می کند. در هنگام شارژ و تخلیه، بین الکترودهای مثبت و منفی، لیتیوم به عقب و جلو منتقل می شود. الکترولیت تأثیر نسبتاً زیادی بر عملکرد شارژ و تخلیه باتری (نرخ بالا و پایین)، عمر (ذخیره چرخه ای)، و محدوده کاربرد دما دارد.

حلال های مناسب نیاز به ثابت دی تریک بالا و ویسکوزیته پایین دارند. کربنات های آلکیل که معمولاً مورد استفاده قرار می گیرند مانند PC و EC دارای قطبیت قوی و ثابت دی تریک بالا هستند، اما ویسکوزیته بزرگ است و نیروی بین مولکولی بزرگ است، و آیون های لیتیوم در آن حرکت می کنند. سرعت کند است. استرها خطی مانند DMC (دی متیل کربنات) و DEC (دی اتیل کربنات)، ویسکوزیته پایین اما ثابت دی تریک پایینی دارند. بنابراین به منظور به دست آوردن محلول هایی با هدایت یونی بالا، عموماً از PC+DEC، EC+DMC و دیگر حلال های مختلط استفاده می شود.

الکترولیت مورد استفاده در باتری های یون لیتیوم به طور کلی باید الزامات اساسی زیر را برآورده کند:

علي. هدایت یونی بالا، به طور کلی باید به 1×10-3~2×10-2 S/cm برسد؛

ب. پایداری حرارتی و شیمیایی بالا، هیچ جداسازی در یک محدوده ولتاژ گسترده رخ نمی دهد؛

ج. پنجره الکتروشیمیایی گسترده، برای حفظ پایداری عملکرد الکتروشیمیایی در یک محدوده ولتاژ گسترده؛

د. سازگاری خوبی با سایر قسمت های باتری مانند مواد الکترود، جمع کننده های جریان الکترود و جداکننده ها دارد؛

ابراهيم. امن، غیر سمی و غیر آلوده کننده است.

2. اثر نفوذ الکترولیت

هنگامی که باتری لیتیوم به استاندارد دور انداختن می رسد یا ناگهان شکست می خورد، اغلب برای تجزیه و تحلیل هدف از تخریب یا افت عملکرد باتری از هم جدا می شود. هنگامی که ویرایشگر باتری لیتیوم را تکه تکه و تجزیه و تحلیل کرد، مشخص شد که باتری با عملکرد چرخه ضعیف اغلب مربوط به اثر نفوذ ضعیف الکترولیت بر روی قطعه قطب است. هنگامی که اثر نفوذ الکترولیت خوب نیست، مسیر انتقال يون دورتر می شود که مانع شاتل يون های ليتيوم بين الکترودهای مثبت و منفی می شود. قطعات قطب که با الکترولیت در تماس نیستند نمی توانند در واکنش الکتروشیمیایی باتری شرکت کنند و مقاومت رابط باتری افزایش می یابد که بر عملکرد لیتیوم نرخ، ظرفیت تخلیه و عمر خدمات باتری تأثیر می گذارد.

بنابراین، برای جلوگیری از انواع اشکالات، باید راهی پیدا کنیم تا الکترولیت تا حد امکان قطعه قطب را خیس کنیم. البته با توجه به مسئله هزینه باید تا حد امکان از مقدار مناسب الکترولیت استفاده کنیم. مقدار الکترولیت بر عملکرد باتری تأثیر می گذارد.

3. چگونه به بهبود wettability الکترولیت

نفوذ الکترولیت قطعه قطب شامل تماس سه فاز جامد، مایع و گاز است. هنگامی که الکترولیت به مورد باتری تزریق می شود، الکترولیت ابتدا باید هوا را در مورد تخلیه کند و سپس الکترولیت به سطح مواد فعال مثبت و منفی می چسبد و مقداری الکترولیت از طریق دیافراگم هسته سیم پیچ وارد الکترود مثبت-دیافراگم-منفی خواهد شد. بین. با ادامه زمان، الکترولیت به قطعات قطب نفوذ خواهد کرد و الکترولیت در دیافراگم در جهت معکوس به قطعات قطب نفوذ خواهد کرد. هنگامی که زمان ایستاده تا حد معینی طولانی باشد، تحت عمل کشش سطحی، نفوذ قطعات قطب به حالت تعادل خواهد رسید.

در این فرایند یک مفهوم «زاویه تماس» (زاویه خیس کردن) در شیمی فیزیکی درگیر است. همانطور که در شکل زیر نشان داده شده است، منطقه آبی در شکل نشان دهنده مایع، و منطقه خاکستری نشان دهنده رابط جامد است. سپس منطقه تماس آبی و خاکستری رابط تماس جامد-مایع است. موقعیتی که مماس مایع رابط جامد را به هم می آمیزد، زاویه θ را تشکیل می دهد. هر چه زاویه تماس θ کوچکتر باشد، wettability الکترولیت به قطعه قطب یا دیافراگم بهتر است. .

با این حال، در فرایند عملیات واقعی، درک اثر نفوذ الکترولیت بر روی قطعه قطب اغلب غیرممکن است. با توجه به اصل نفوذ الکترولیتی که در بالا ذکر شد، می توانیم راه هایی برای بهبود اثر نفوذ الکترولیت بر روی قطعه قطب از نقاط زیر پیدا کنیم:

(1) بهبود روند تزریق

بهبود فرایند تزریق مایع مرسوم ترین روش است، که می تواند به طور موثر اثر نفوذ الکترولیت از نظر بهره وری تزریق مایع، شرایط تزریق مایع، زمان ایستاده، و روش تزریق مایع را بهبود بخشد.

تزریق مایع در شرایط خلاء نه تنها تخلیه گاز در سلول را تسهیل می کند، بلکه مقاومت گاز به تزریق الکترولیت را نیز کاهش می دهد، و به الکترولیت کمک می کند تا به قطعات قطب نفوذ کند. اصل این است که تزریق خلاء می تواند وجود مقاومت گاز در رابط سه فاز جامد-گاز-مایع را کاهش دهد و به الکترولیت اجازه می دهد که مستقیماً با قطعه قطب تماس برقرار کند و زمان نفوذ را کاهش دهد.

با گسترش زمان ایستادن در زیر خلاء، می تواند اطمینان حاصل کند که الکترولیت به طور کامل به قطعه قطب نفوذ کرده است. پس از تزریق مایع، با طولانی شدن زمان ایستاده، زاویه خیس شدن بین محلول الکترود و قطعه قطب به تدریج کاهش می یابد و شعاع خیس شدن به تدریج افزایش می یابد و در نهایت اثر خیس شدن خوبی حاصل می شود.

به منظور جلوگیری از پدیده نفوذ الکترولیت کافی از قطعات دیافراگم و قطب، الکترولیت را می توان به صورت دسته ای تزریق کرد تا الکترولیت را تسهیل کند تا به طور کامل به قطعات قطب نفوذ کند. در اصل این روش بهره برداری برای افزایش احتمال تماس جامد-مایع و گسترش مساحت تماس است. ، در مورد همان مقدار الکترولیت می توان زمان نفوذ را کوتاه کرد.

(2) بهبود فرایند هسته

اثر نفوذ الکترولیت با خواص ذرات ماده الکترود، چگالی تراکم قطعات قطب، و تنگی هسته بی ارتباط نیست. ریولوژی و اندازه ذرات مختلف مواد فعال مثبت و منفی، عوامل هدایت کننده، و الکترولیت اثرات نفوذی متفاوتی بر روی قطعات قطب دارند. هر چه اندازه ذرات ماده اولیه بزرگتر باشد، به شکل کروی نزدیک تر می شود، سرعت نفوذ الکترولیت بیشتر و زمان نفوذ طولانی تر می شود. کوتاه. هنگامی که چگالی تراکم قطعه قطب بیش از حد بزرگ باشد، متخلخل در قطعه قطب کاهش خواهد یافت که برای نفوذ الکترولیت قطعه قطب مساعد نیست. لازم است تراکم تراکم مناسب برای دیدار با نفوذ الکترولیت تحت شرایط اطمینان از مانع باتری پایین تنظیم شود. درجه. به همین ترتیب تنگی پشته یا سیم پیچ سلول نیز بر نفوذ الکترولیت تأثیر خواهد داشت.

هنگامی که سیم پیچ شل تر است، منفذ بین الکترود مثبت-جداکننده-الکترود منفی بزرگتر است، و مقدار الکترولیت انباشته بزرگتر است که در نتیجه غنی سازی در برخی جاها و کمبود در برخی نقاط صورت می گرفت که بدون شک تأثیر زیادی بر عملکرد باتری دارد. هنگامی که سیم پیچ تنگ است، بر سرعت نفوذ و کارایی الکترولیت تأثیر خواهد داشت که مطلوب نیست.

(3) اضافه کردن عامل نفوذ الکترولیت

الکترولیت معمولاً مورد استفاده یک حلال آلی است، و قطعه قطب یک ماده غیر آلی است، بنابراین توانایی جذب الکترولیت ضعیف است. اضافه کردن افزودنی ها به الکترولیت نیز می تواند نفوذ الکترولیت را بهبود بخشد. لیو فانگ فانگ و دیگران از یک ماده فلوراتر به عنوان افزودنی به الکترولیت استفاده می کردند. نتایج آزمایش نشان می دهد که اضافه کردن مقدار کمی نفوذی به الکترولیت می تواند به طور مؤثری زمان تزریق باتری را کوتاه کند و عملکرد چرخه باتری را به طور قابل توجهی بهبود بخشد، اما باید توجه داشت که از آن به عنوان یک نفوذی استفاده می شود. هنگامی که مقدار اضافه به ۱٪ برسد، تأثیر منفی بر عملکرد چرخه خواهد داشت.

آراستگی عامل اندازه یک سورفکتانت است. این نوع عامل اندازه گیری دارای مزایای فعالیت سطح بالا، پایداری حرارت بالا، اشتعال پذیری پایین، و پایداری شیمیایی بالا است. اضافه کردن عامل اندازه به الکترولیت می تواند کشش سطحی مایع را کاهش دهد. بهبود توانایی خیس کردن و توانایی نفوذ الکترولیت به قطعه قطب، در نتیجه بهبود عملکرد الکتروشیمیایی باتری.

از طریق چندین روش فوق می توان اثر نفوذ الکترولیت بر روی قطعه قطب را به طور مؤثری بهبود بخشید. کوتاه شدن زمان نفوذ می تواند باعث صرفه جویی در هزینه های تولید، بهبود اثر نفوذ، کاهش مانع رابط باتری، و بهبود بهره وری بهره برداری از مواد فعال، در نتیجه افزایش ظرفیت باتری و بهبود ویژگی های نرخ تخلیه شود.