सॉफ्ट पैक लिथियम-आयन बैटरियों में उभार के कारणों का सारांश

सॉफ्ट पैक लिथियम-आयन बैटरियों में उभार के कारणों का सारांश

सॉफ्ट पैक लिथियम-आयन बैटरियों की सूजन के कई कारण हैं। प्रायोगिक अनुसंधान और विकास अनुभव के आधार पर, लेखक लिथियम बैटरी के उभार के कारणों को तीन श्रेणियों में विभाजित करता है: सबसे पहले, साइकिल चलाने के दौरान बैटरी इलेक्ट्रोड के विस्तार के कारण मोटाई में वृद्धि; दूसरा गैस उत्पन्न करने के लिए इलेक्ट्रोलाइट के ऑक्सीकरण और अपघटन के कारण होने वाली सूजन है। तीसरा, ढीली बैटरी पैकेजिंग के कारण नमी और क्षतिग्रस्त कोनों जैसे प्रक्रिया दोषों के कारण होने वाला उभार है। विभिन्न बैटरी प्रणालियों में, बैटरी की मोटाई में परिवर्तन का प्रमुख कारक अलग-अलग होता है। उदाहरण के लिए, लिथियम टाइटेनेट नकारात्मक इलेक्ट्रोड सिस्टम में, उभार का मुख्य कारक गैस ड्रम है; ग्रेफाइट नकारात्मक इलेक्ट्रोड प्रणाली में, इलेक्ट्रोड प्लेट की मोटाई और गैस उत्पादन दोनों बैटरी की सूजन को बढ़ावा देते हैं।

1、 इलेक्ट्रोड प्लेट की मोटाई में परिवर्तन

ग्रेफाइट नकारात्मक इलेक्ट्रोड के विस्तार को प्रभावित करने वाले कारकों और तंत्रों पर चर्चा

लिथियम-आयन बैटरी की चार्जिंग प्रक्रिया के दौरान सेल की मोटाई में वृद्धि मुख्य रूप से नकारात्मक इलेक्ट्रोड के विस्तार के कारण होती है। सकारात्मक इलेक्ट्रोड की विस्तार दर केवल 2-4% है, और नकारात्मक इलेक्ट्रोड आमतौर पर ग्रेफाइट, चिपकने वाला और प्रवाहकीय कार्बन से बना होता है। ग्रेफाइट सामग्री की विस्तार दर स्वयं ~10% तक पहुंच जाती है, और ग्रेफाइट नकारात्मक इलेक्ट्रोड विस्तार दर में परिवर्तन के मुख्य प्रभावशाली कारकों में शामिल हैं: एसईआई फिल्म निर्माण, चार्ज की स्थिति (एसओसी), प्रक्रिया पैरामीटर और अन्य प्रभावशाली कारक।

(1) एसईआई फिल्म द्वारा बनाई गई लिथियम-आयन बैटरियों की पहली चार्जिंग और डिस्चार्जिंग प्रक्रिया के दौरान, इलेक्ट्रोलाइट ग्रेफाइट कणों के ठोस-तरल इंटरफेस पर एक कमी प्रतिक्रिया से गुजरता है, जिससे इलेक्ट्रोड की सतह को कवर करने वाली एक निष्क्रियता परत (एसईआई फिल्म) बनती है। सामग्री। एसईआई फिल्म के बनने से एनोड की मोटाई काफी बढ़ जाती है और एसईआई फिल्म के बनने से सेल की मोटाई लगभग 4% बढ़ जाती है। लंबी अवधि की साइकलिंग प्रक्रिया के परिप्रेक्ष्य से, विभिन्न ग्रेफाइट की भौतिक संरचना और विशिष्ट सतह क्षेत्र के आधार पर, साइक्लिंग प्रक्रिया के परिणामस्वरूप एसईआई का विघटन होगा और नए एसईआई उत्पादन की गतिशील प्रक्रिया होगी, जैसे कि फ्लेक ग्रेफाइट में उच्च विस्तार होता है गोलाकार ग्रेफाइट की तुलना में दर.

(2) आवेशित अवस्था बैटरी सेल की चक्रण प्रक्रिया के दौरान, ग्रेफाइट एनोड का आयतन विस्तार बैटरी सेल के एसओसी के साथ एक अच्छा आवधिक कार्यात्मक संबंध प्रदर्शित करता है। अर्थात्, जैसे-जैसे लिथियम आयन ग्रेफाइट में एम्बेड होते रहते हैं (बैटरी सेल के एसओसी में वृद्धि के साथ), वॉल्यूम धीरे-धीरे फैलता है। जैसे ही लिथियम आयन ग्रेफाइट एनोड से अलग होते हैं, बैटरी सेल का एसओसी धीरे-धीरे कम हो जाता है, और ग्रेफाइट एनोड की संबंधित मात्रा धीरे-धीरे कम हो जाती है।

(3) प्रक्रिया मापदंडों के दृष्टिकोण से, संघनन घनत्व का ग्रेफाइट एनोड पर महत्वपूर्ण प्रभाव पड़ता है। इलेक्ट्रोड की ठंडी दबाव प्रक्रिया के दौरान, ग्रेफाइट एनोड फिल्म परत में एक बड़ा संपीड़ित तनाव उत्पन्न होता है, जिसे बाद के उच्च तापमान बेकिंग और इलेक्ट्रोड की अन्य प्रक्रियाओं में पूरी तरह से जारी करना मुश्किल होता है। जब बैटरी सेल चक्रीय चार्जिंग और डिस्चार्जिंग से गुजरती है, तो लिथियम आयन सम्मिलन और पृथक्करण, चिपकने वाले पर इलेक्ट्रोलाइट सूजन जैसे कई कारकों के संयुक्त प्रभाव के कारण, चक्रण प्रक्रिया के दौरान झिल्ली तनाव जारी होता है, और विस्तार दर बढ़ जाती है। दूसरी ओर, संघनन घनत्व एनोड फिल्म परत की छिद्र क्षमता निर्धारित करता है। फिल्म परत में छिद्र क्षमता बड़ी है, जो इलेक्ट्रोड विस्तार की मात्रा को प्रभावी ढंग से अवशोषित कर सकती है। छिद्र क्षमता छोटी है, और जब इलेक्ट्रोड का विस्तार होता है, तो विस्तार से उत्पन्न मात्रा को अवशोषित करने के लिए पर्याप्त जगह नहीं होती है। इस समय, विस्तार केवल फिल्म परत के बाहर की ओर ही फैल सकता है, जो एनोड फिल्म के वॉल्यूम विस्तार के रूप में प्रकट होता है।

(4) अन्य कारक जैसे चिपकने वाले की बंधन शक्ति (चिपकने वाला, ग्रेफाइट कण, प्रवाहकीय कार्बन, और कलेक्टर और तरल पदार्थ के बीच इंटरफेस की बंधन शक्ति), चार्ज डिस्चार्ज दर, चिपकने वाले और इलेक्ट्रोलाइट की सूजन क्षमता , ग्रेफाइट कणों का आकार और स्टैकिंग घनत्व, और साइक्लिंग प्रक्रिया के दौरान चिपकने वाले की विफलता के कारण इलेक्ट्रोड की मात्रा में वृद्धि, सभी का एनोड विस्तार पर एक निश्चित डिग्री का प्रभाव पड़ता है।

विस्तार दर की गणना:

विस्तार दर की गणना के लिए, एक्स और वाई दिशाओं में एनोड प्लेट के आकार को मापने के लिए एनीमे विधि का उपयोग करें, जेड दिशा में मोटाई मापने के लिए माइक्रोमीटर का उपयोग करें, और स्टैम्पिंग प्लेट और इलेक्ट्रिक कोर के पूरी तरह से चार्ज होने के बाद अलग से मापें।

                                               चित्र 1 एनोड प्लेट माप का योजनाबद्ध आरेख

नकारात्मक इलेक्ट्रोड विस्तार पर संघनन घनत्व और कोटिंग गुणवत्ता का प्रभाव

संघनन घनत्व और कोटिंग गुणवत्ता को कारकों के रूप में उपयोग करते हुए, पूर्ण कारक ऑर्थोगोनल प्रयोगात्मक डिजाइन के लिए तीन अलग-अलग स्तर लिए गए (जैसा कि तालिका 1 में दिखाया गया है), प्रत्येक समूह के लिए अन्य शर्तें समान थीं।

जैसा कि चित्र 2 (ए) और (बी) में दिखाया गया है, बैटरी सेल पूरी तरह से चार्ज होने के बाद, संघनन घनत्व में वृद्धि के साथ एक्स/वाई/जेड दिशा में एनोड शीट की विस्तार दर बढ़ जाती है। जब संघनन घनत्व 1.5g/cm3 से बढ़कर 1.7g/cm3 हो जाता है, तो X/Y दिशा में विस्तार दर 0.7% से बढ़कर 1.3% हो जाती है, और Z दिशा में विस्तार दर 13% से बढ़कर 18% हो जाती है। चित्र 2 (ए) से, यह देखा जा सकता है कि विभिन्न संघनन घनत्वों के तहत, एक्स दिशा में विस्तार दर वाई दिशा की तुलना में अधिक है। इस घटना का मुख्य कारण ध्रुवीय प्लेट की ठंडी दबाव प्रक्रिया है। शीत दबाव प्रक्रिया के दौरान, जब ध्रुवीय प्लेट दबाने वाले रोलर से गुजरती है, तो न्यूनतम प्रतिरोध के नियम के अनुसार, जब सामग्री बाहरी बलों के अधीन होती है, तो सामग्री के कण न्यूनतम प्रतिरोध की दिशा में प्रवाहित होंगे

                           चित्र 2 विभिन्न दिशाओं में एनोड की विस्तार दर

जब एनोड प्लेट को ठंडा दबाया जाता है, तो सबसे कम प्रतिरोध वाली दिशा एमडी दिशा (इलेक्ट्रोड प्लेट की वाई दिशा, जैसा चित्र 3 में दिखाया गया है) में होती है। एमडी दिशा में तनाव को छोड़ना आसान है, जबकि टीडी दिशा (इलेक्ट्रोड प्लेट की एक्स दिशा) में उच्च प्रतिरोध होता है, जिससे रोलिंग प्रक्रिया के दौरान तनाव को छोड़ना मुश्किल हो जाता है। टीडी दिशा में तनाव एमडी दिशा की तुलना में अधिक है। इसलिए, इलेक्ट्रोड शीट पूरी तरह से चार्ज होने के बाद, एक्स दिशा में विस्तार दर वाई दिशा की तुलना में अधिक है। दूसरी ओर, संघनन घनत्व बढ़ता है, और इलेक्ट्रोड शीट की छिद्र क्षमता कम हो जाती है (जैसा कि चित्र 4 में दिखाया गया है)। चार्ज करते समय, एनोड फिल्म परत के अंदर ग्रेफाइट विस्तार की मात्रा को अवशोषित करने के लिए पर्याप्त जगह नहीं होती है, और बाहरी अभिव्यक्ति यह है कि इलेक्ट्रोड शीट समग्र रूप से एक्स, वाई और जेड दिशाओं में फैलती है। चित्र 2 (सी) और (डी) से, यह देखा जा सकता है कि कोटिंग की गुणवत्ता 0.140 ग्राम/1540.25 मिमी2 से बढ़कर 0.190 ग्राम/1540.25 मिमी2 हो गई, एक्स दिशा में विस्तार दर 0.84% ​​से बढ़कर 1.15% हो गई, और Y दिशा में विस्तार दर 0.89% से बढ़कर 1.05% हो गई। Z दिशा में विस्तार दर की प्रवृत्ति X/Y दिशा के विपरीत है, जो 16.02% से 13.77% तक की गिरावट दर्शाती है। ग्रेफाइट एनोड का विस्तार एक्स, वाई और जेड दिशाओं में उतार-चढ़ाव वाला पैटर्न प्रदर्शित करता है, और कोटिंग की गुणवत्ता में परिवर्तन मुख्य रूप से फिल्म की मोटाई में महत्वपूर्ण परिवर्तन में परिलक्षित होता है। उपरोक्त एनोड भिन्नता पैटर्न साहित्य परिणामों के अनुरूप है, अर्थात, कलेक्टर की मोटाई और फिल्म की मोटाई का अनुपात जितना छोटा होगा, कलेक्टर में तनाव उतना ही अधिक होगा।

                       चित्र 3 एनोड कोल्ड प्रेसिंग प्रक्रिया का योजनाबद्ध आरेख

                     चित्र 4 विभिन्न संघनन घनत्वों के अंतर्गत शून्य अंश में परिवर्तन

नकारात्मक इलेक्ट्रोड विस्तार पर तांबे की पन्नी की मोटाई का प्रभाव

दो प्रभावशाली कारकों का चयन करें, तांबे की पन्नी की मोटाई और कोटिंग की गुणवत्ता, तांबे की पन्नी की मोटाई का स्तर क्रमशः 6 और 8 μ मीटर है। एनोड कोटिंग द्रव्यमान क्रमशः 0.140g/1, 540.25mm2, और 0.190g/1, 540.25mm2 थे। संघनन घनत्व 1.6 ग्राम/सेमी3 था, और प्रयोगों के प्रत्येक समूह के लिए अन्य स्थितियाँ समान थीं। प्रायोगिक परिणाम चित्र 5 में दिखाए गए हैं। चित्र 5 (ए) और (सी) से, यह देखा जा सकता है कि दो अलग-अलग कोटिंग गुणों के तहत, एक्स/वाई दिशा में 8 μ एम कॉपर फ़ॉइल एनोड शीट की विस्तार दर कम है 6μm से अधिक. तांबे की पन्नी की मोटाई में वृद्धि से इसके लोचदार मापांक में वृद्धि होती है (चित्र 6 देखें), जो विरूपण के प्रति इसके प्रतिरोध को बढ़ाता है और एनोड विस्तार पर इसकी बाधा को बढ़ाता है, जिसके परिणामस्वरूप विस्तार दर में कमी आती है। साहित्य के अनुसार, समान कोटिंग गुणवत्ता के साथ, जैसे-जैसे तांबे की पन्नी की मोटाई बढ़ती है, कलेक्टर की मोटाई और फिल्म की मोटाई का अनुपात बढ़ता है, कलेक्टर में तनाव कम हो जाता है, और इलेक्ट्रोड की विस्तार दर कम हो जाती है। Z दिशा में विस्तार दर परिवर्तन की प्रवृत्ति बिल्कुल विपरीत है। चित्र 5 (बी) से, यह देखा जा सकता है कि जैसे-जैसे तांबे की पन्नी की मोटाई बढ़ती है, विस्तार दर बढ़ती है; चित्र 5 (बी) और (डी) की तुलना से, यह देखा जा सकता है कि जब कोटिंग की गुणवत्ता 0.140 ग्राम/1 और 540.25 मिमी2 से बढ़कर 0.190 ग्राम/1540.25 मिमी2 हो जाती है, तो तांबे की पन्नी की मोटाई बढ़ जाती है और विस्तार दर बढ़ जाती है घट जाती है. तांबे की पन्नी की मोटाई बढ़ाना, हालांकि अपने स्वयं के तनाव (उच्च शक्ति) को कम करने के लिए फायदेमंद है, फिल्म परत में तनाव बढ़ जाएगा, जिससे जेड-दिशा विस्तार दर में वृद्धि होगी, जैसा कि चित्र 5 (बी) में दिखाया गया है; जैसे-जैसे कोटिंग की गुणवत्ता बढ़ती है, हालांकि मोटी तांबे की पन्नी का फिल्म परत के तनाव में वृद्धि पर लाभकारी प्रभाव पड़ता है, यह फिल्म परत की बंधन क्षमता को भी बढ़ाता है। इस समय, बंधन बल अधिक स्पष्ट हो जाता है और Z-दिशा विस्तार दर कम हो जाती है।

चित्र 5 विभिन्न कॉपर फ़ॉइल मोटाई और कोटिंग गुणवत्ता के साथ एनोड की फिल्म विस्तार दर में परिवर्तन

                        चित्र 6 विभिन्न मोटाई वाली तांबे की पन्नी के तनाव-विकृति वक्र

नकारात्मक इलेक्ट्रोड विस्तार पर ग्रेफाइट प्रकार का प्रभाव

प्रयोग के लिए पांच अलग-अलग प्रकार के ग्रेफाइट का उपयोग किया गया (तालिका 2 देखें), कोटिंग द्रव्यमान 0.165 ग्राम/1540.25 मिमी 2, संघनन घनत्व 1.6 ग्राम/सेमी 3 और तांबे की पन्नी की मोटाई 8 μ मीटर थी। अन्य स्थितियाँ समान हैं, और प्रयोगात्मक परिणाम चित्र 7 में दिखाए गए हैं। चित्र 7 (ए) से, यह देखा जा सकता है कि एक्स/वाई दिशा में विभिन्न ग्रेफाइट्स की विस्तार दर में महत्वपूर्ण अंतर हैं, न्यूनतम के साथ 0.27% और अधिकतम 1.14%। Z दिशा में विस्तार दर क्रमशः 15.44% और 17.47% है। X/Y दिशा में बड़े विस्तार वाले लोगों का Z दिशा में छोटा विस्तार होता है, जो धारा 2.2 में विश्लेषण किए गए परिणामों के अनुरूप है। ए-1 ग्रेफाइट का उपयोग करने वाली कोशिकाओं ने 20% की विरूपण दर के साथ गंभीर विरूपण दिखाया, जबकि कोशिकाओं के अन्य समूहों ने विरूपण नहीं दिखाया, यह दर्शाता है कि एक्स/वाई विस्तार दर के आकार का कोशिका विरूपण पर महत्वपूर्ण प्रभाव पड़ता है।

                            चित्र 7 विभिन्न ग्रेफाइट विस्तार दरें

निष्कर्ष

(1) संघनन घनत्व बढ़ने से पूर्ण भरने की प्रक्रिया के दौरान एक्स/वाई और जेड दिशाओं में एनोड शीट की विस्तार दर बढ़ जाती है, और एक्स दिशा में विस्तार दर वाई दिशा की तुलना में अधिक होती है (एक्स दिशा है) एनोड शीट की ठंडी दबाव प्रक्रिया के दौरान रोलर अक्ष दिशा, और वाई दिशा मशीन बेल्ट दिशा है)।

(2) कोटिंग की गुणवत्ता बढ़ाने से, एक्स/वाई दिशा में विस्तार दर बढ़ जाती है, जबकि जेड दिशा में विस्तार दर कम हो जाती है; कोटिंग की गुणवत्ता बढ़ने से द्रव संग्रह में तन्य तनाव में वृद्धि होगी।

(3) वर्तमान कलेक्टर की ताकत में सुधार करने से एक्स/वाई दिशा में एनोड के विस्तार को रोका जा सकता है।

(4) विभिन्न प्रकार के ग्रेफाइट में एक्स/वाई और जेड दिशाओं में विस्तार दर में महत्वपूर्ण अंतर होता है, एक्स/वाई दिशा में विस्तार आकार का कोशिका विरूपण पर महत्वपूर्ण प्रभाव पड़ता है।

2、 बैटरी गैस उत्पादन के कारण होने वाला उभार

बैटरियों का आंतरिक गैस उत्पादन बैटरी फूलने का एक और महत्वपूर्ण कारण है, चाहे वह कमरे के तापमान पर साइकिल चलाने के दौरान हो, उच्च तापमान पर साइकिल चलाने के दौरान हो, या उच्च तापमान पर भंडारण के दौरान हो, यह उभरे हुए गैस उत्पादन की अलग-अलग डिग्री का उत्पादन करेगा। बैटरी की प्रारंभिक चार्जिंग और डिस्चार्जिंग प्रक्रिया के दौरान, इलेक्ट्रोड सतह पर एक एसईआई (सॉलिड इलेक्ट्रोलाइट इंटरफ़ेस) फिल्म बनेगी। नकारात्मक एसईआई फिल्म का निर्माण मुख्य रूप से ईसी (एथिलीन कार्बोनेट) की कमी और अपघटन से होता है। एल्काइल लिथियम और Li2CO3 के उत्पादन के साथ-साथ बड़ी मात्रा में CO और C2H4 उत्पन्न होते हैं। सॉल्वैंट्स में DMC (डाइमिथाइल कार्बोनेट) और EMC (एथाइल मिथाइल कार्बोनेट) भी फिल्म बनाने की प्रक्रिया के दौरान RLiCO3 और ROLi बनाते हैं, साथ ही CH4, C2H6 और C3H8 जैसी गैसों के साथ-साथ CO गैसों का उत्पादन भी करते हैं। पीसी (प्रोपलीन कार्बोनेट) आधारित इलेक्ट्रोलाइट्स में, गैस का उत्पादन अपेक्षाकृत अधिक होता है, मुख्य रूप से पीसी कमी से उत्पन्न C3H8 गैस। लिथियम आयरन फॉस्फेट सॉफ्ट पैक बैटरियां पहले चक्र के दौरान 0.1C पर चार्ज करने के बाद सबसे गंभीर मुद्रास्फीति का अनुभव करती हैं। जैसा कि ऊपर से देखा जा सकता है, एसईआई का निर्माण बड़ी मात्रा में गैस के उत्पादन के साथ होता है, जो एक अपरिहार्य प्रक्रिया है। अशुद्धियों में H2O की उपस्थिति के कारण LiPF6 में P-F बॉन्ड अस्थिर हो जाएगा, जिससे HF उत्पन्न होगा, जिससे इस बैटरी प्रणाली में अस्थिरता होगी और गैस का उत्पादन होगा। अत्यधिक H2O की उपस्थिति Li+ का उपभोग करेगी और LiOH, LiO2 और H2 उत्पन्न करेगी, जिससे गैसों का उत्पादन होगा। भंडारण और दीर्घकालिक चार्जिंग और डिस्चार्जिंग प्रक्रियाओं के दौरान भी गैस उत्पन्न की जा सकती है। सीलबंद लिथियम-आयन बैटरियों के लिए, बड़ी मात्रा में गैस की उपस्थिति से बैटरी का विस्तार हो सकता है, जिससे इसका प्रदर्शन प्रभावित हो सकता है और इसकी सेवा का जीवन छोटा हो सकता है। बैटरी भंडारण के दौरान गैस उत्पन्न होने के मुख्य कारण इस प्रकार हैं: (1) बैटरी सिस्टम में H2O की उपस्थिति से HF का उत्पादन हो सकता है, जिससे SEI को नुकसान हो सकता है। सिस्टम में O2 इलेक्ट्रोलाइट के ऑक्सीकरण का कारण बन सकता है, जिससे बड़ी मात्रा में CO2 उत्पन्न हो सकती है; (2) यदि पहले गठन के दौरान बनी एसईआई फिल्म अस्थिर है, तो यह भंडारण चरण के दौरान एसईआई फिल्म को नुकसान पहुंचाएगी, और एसईआई फिल्म की पुनः मरम्मत से मुख्य रूप से हाइड्रोकार्बन से बनी गैसें निकलेंगी। बैटरी के दीर्घकालिक चार्जिंग और डिस्चार्जिंग चक्र के दौरान, सकारात्मक सामग्री की क्रिस्टल संरचना बदल जाती है, इलेक्ट्रोड सतह पर असमान बिंदु क्षमता और अन्य कारकों के कारण कुछ बिंदु क्षमता बहुत अधिक हो जाती है, इलेक्ट्रोड पर इलेक्ट्रोलाइट की स्थिरता सतह कम हो जाती है, इलेक्ट्रोड सतह पर फेशियल मास्क का लगातार मोटा होना इलेक्ट्रोड इंटरफ़ेस प्रतिरोध को बढ़ाता है, जिससे प्रतिक्रिया क्षमता में और सुधार होता है, जिससे इलेक्ट्रोड सतह पर इलेक्ट्रोलाइट का अपघटन होता है जिससे गैस उत्पन्न होती है, और सकारात्मक सामग्री भी गैस छोड़ सकती है।

विभिन्न प्रणालियों में, बैटरी मुद्रास्फीति की डिग्री भिन्न होती है। ग्रेफाइट नकारात्मक इलेक्ट्रोड सिस्टम बैटरी में, गैस विस्तार के मुख्य कारण एसईआई फिल्म का निर्माण, सेल में अत्यधिक नमी, असामान्य गठन प्रक्रिया, खराब पैकेजिंग आदि हैं। जैसा कि ऊपर उल्लेख किया गया है, लिथियम टाइटेनेट नकारात्मक इलेक्ट्रोड सिस्टम में, उद्योग आम तौर पर माना जाता है कि Li4Ti5O12 बैटरी का गैस विस्तार मुख्य रूप से सामग्री के आसान जल अवशोषण के कारण होता है, लेकिन इस अनुमान को साबित करने के लिए कोई निर्णायक सबूत नहीं है। जिओंग एट अल. तियानजिन लिशेन बैटरी कंपनी ने 15वें अंतर्राष्ट्रीय इलेक्ट्रोकेमिकल सम्मेलन के सार में बताया कि गैस संरचना में CO2, CO, अल्केन्स और थोड़ी मात्रा में ओलेफिन शामिल हैं, लेकिन इसकी विशिष्ट संरचना और अनुपात के लिए डेटा समर्थन प्रदान नहीं किया गया। बेलहरौक एट अल। बैटरी के गैस उत्पादन को चिह्नित करने के लिए गैस क्रोमैटोग्राफी-मास स्पेक्ट्रोमेट्री उपकरण का उपयोग किया गया। गैस का मुख्य घटक H2 है, साथ ही CO2, CO, CH4, C2H6, C2H4, C3H8, C3H6 आदि हैं।

चित्र 8 30, 45 और 60 ℃ पर 5 महीने की साइकिलिंग के बाद Li4Ti5O12/LiMn2O4 बैटरी की गैस संरचना

लिथियम-आयन बैटरियों के लिए आमतौर पर उपयोग की जाने वाली इलेक्ट्रोलाइट प्रणाली LiPF6/EC: EMC है, जहां LiPF6 में इलेक्ट्रोलाइट में निम्नलिखित संतुलन होता है

पीएफ5 एक मजबूत एसिड है जो आसानी से कार्बोनेट के अपघटन का कारण बनता है, और बढ़ते तापमान के साथ पीएफ5 की मात्रा बढ़ जाती है। पीएफ5 इलेक्ट्रोलाइट को विघटित करने में मदद करता है, जिससे CO2, CO और CxHy गैसें उत्पन्न होती हैं। गणना यह भी इंगित करती है कि EC के अपघटन से CO और CO2 गैसें उत्पन्न होती हैं। C2H4 और C3H6 क्रमशः Ti4+ के साथ C2H6 और C3H8 की ऑक्सीकरण-कमी प्रतिक्रिया से उत्पन्न होते हैं, जबकि Ti4+ Ti3+ में कम हो जाता है। प्रासंगिक शोध के अनुसार, H2 का उत्पादन इलेक्ट्रोलाइट में पानी की थोड़ी मात्रा से होता है, लेकिन H2 गैस उत्पादन के लिए इलेक्ट्रोलाइट में पानी की मात्रा आम तौर पर 20 × लगभग 10-6 होती है। शंघाई जिओ टोंग विश्वविद्यालय में वू काई के प्रयोग ने कम योगदान वाली बैटरी के रूप में ग्रेफाइट/एनसीएम111 का चयन किया, और निष्कर्ष निकाला कि एच2 का स्रोत उच्च वोल्टेज के तहत कार्बोनेट का अपघटन है।

3、 गैस उत्पादन और विस्तार की ओर ले जाने वाली असामान्य प्रक्रिया

1. खराब पैकेजिंग ने खराब पैकेजिंग के कारण फूली हुई बैटरी कोशिकाओं के अनुपात को काफी कम कर दिया है। खराब टॉप सीलिंग, साइड सीलिंग और डीगैसिंग थ्री साइड पैकेजिंग के कारणों को पहले ही पेश किया जा चुका है। दोनों तरफ खराब पैकेजिंग से बैटरी सेल खराब हो जाएगी, जिसे मुख्य रूप से शीर्ष सीलिंग और डीगैसिंग द्वारा दर्शाया जाता है। शीर्ष सीलिंग मुख्य रूप से टैब स्थिति में खराब सीलिंग के कारण होती है, और डीगैसिंग मुख्य रूप से लेयरिंग (इलेक्ट्रोलाइट और जेल के कारण पीपी को अल से अलग करने सहित) के कारण होती है। खराब पैकेजिंग के कारण हवा में नमी बैटरी सेल के अंदरूनी हिस्से में प्रवेश कर जाती है, जिससे इलेक्ट्रोलाइट विघटित हो जाता है और गैस उत्पन्न होती है।

2. पॉकेट की सतह क्षतिग्रस्त हो जाती है, और खींचने की प्रक्रिया के दौरान बैटरी सेल असामान्य रूप से क्षतिग्रस्त या कृत्रिम रूप से क्षतिग्रस्त हो जाती है, जिसके परिणामस्वरूप पॉकेट क्षति (जैसे पिनहोल) होती है और पानी बैटरी सेल के अंदरूनी हिस्से में प्रवेश कर जाता है।

3. कोने की क्षति: मुड़े हुए कोने पर एल्युमीनियम की विशेष विकृति के कारण, एयर बैग के हिलने से कोने विकृत हो सकता है और अल क्षति हो सकती है (बैटरी सेल जितनी बड़ी होगी, एयर बैग जितना बड़ा होगा, इसे संभालना उतना ही आसान होगा) क्षतिग्रस्त), पानी पर अपना अवरोधक प्रभाव खो रहा है। समस्या को कम करने के लिए कोनों पर रिंकल गोंद या गर्म पिघला हुआ गोंद लगाया जा सकता है। और शीर्ष सीलिंग के बाद प्रत्येक प्रक्रिया में एयर बैग के साथ बैटरी कोशिकाओं को स्थानांतरित करना निषिद्ध है, और उम्र बढ़ने वाले बोर्ड पर बैटरी सेल पूल के दोलन को रोकने के लिए ऑपरेशन विधि पर अधिक ध्यान देना चाहिए।

4. बैटरी सेल के अंदर पानी की मात्रा मानक से अधिक है। एक बार जब पानी की मात्रा मानक से अधिक हो जाती है, तो इलेक्ट्रोलाइट विफल हो जाएगा और गठन या डीगैसिंग के बाद गैस का उत्पादन करेगा। बैटरी के अंदर अत्यधिक पानी की मात्रा के मुख्य कारण हैं: इलेक्ट्रोलाइट में अत्यधिक पानी की मात्रा, बेकिंग के बाद नंगे सेल में अत्यधिक पानी की मात्रा, और सुखाने वाले कमरे में अत्यधिक नमी। यदि यह संदेह है कि अत्यधिक पानी की मात्रा के कारण सूजन हो सकती है, तो प्रक्रिया का पूर्वव्यापी निरीक्षण किया जा सकता है।

5. निर्माण प्रक्रिया असामान्य है, और गलत निर्माण प्रक्रिया के कारण बैटरी सेल फूल सकती है।

6. एसईआई फिल्म अस्थिर है, और क्षमता परीक्षण चार्जिंग और डिस्चार्जिंग प्रक्रिया के दौरान बैटरी सेल का उत्सर्जन कार्य थोड़ा बढ़ जाता है।

7. ओवरचार्जिंग या डिस्चार्जिंग: प्रक्रिया, मशीन या सुरक्षात्मक बोर्ड में असामान्यताओं के कारण, बैटरी सेल ओवरचार्ज हो सकते हैं या अत्यधिक डिस्चार्ज हो सकते हैं, जिसके परिणामस्वरूप बैटरी सेल में गंभीर हवा के बुलबुले बन सकते हैं।

8. शॉर्ट सर्किट: परिचालन संबंधी त्रुटियों के कारण, चार्ज की गई बैटरी सेल के दो टैब संपर्क में आते हैं और शॉर्ट सर्किट का अनुभव होता है। बैटरी सेल में गैस विस्फोट होगा और वोल्टेज तेजी से कम हो जाएगा, जिससे टैब जलकर काले हो जाएंगे।

9. आंतरिक शॉर्ट सर्किट: बैटरी सेल के सकारात्मक और नकारात्मक ध्रुवों के बीच आंतरिक शॉर्ट सर्किट के कारण बैटरी सेल का तेजी से डिस्चार्ज और हीटिंग होता है, साथ ही गंभीर गैस फूलना भी होता है। आंतरिक शॉर्ट सर्किट के कई कारण हैं: डिज़ाइन संबंधी समस्याएं; आइसोलेशन फिल्म का सिकुड़ना, मुड़ना, या क्षति; द्वि-कोशिका गलत संरेखण; अलगाव झिल्ली को छेदने वाली गड़गड़ाहट; अत्यधिक स्थिरता दबाव; एज आयरनिंग मशीन का अत्यधिक निचोड़ना, आदि। उदाहरण के लिए, अतीत में, अपर्याप्त चौड़ाई के कारण, एज आयरनिंग मशीन बैटरी सेल इकाई को अत्यधिक निचोड़ती थी, जिसके परिणामस्वरूप शॉर्ट सर्किट और कैथोड और एनोड का फूलना होता था।

10. संक्षारण: बैटरी सेल में संक्षारण होता है, और प्रतिक्रिया से एल्युमीनियम की परत जल जाती है, जिससे पानी के प्रति अपनी बाधा समाप्त हो जाती है और गैस का विस्तार होता है।

11. सिस्टम या मशीन कारणों से होने वाली असामान्य वैक्यूम पंपिंग। डीगैसिंग पूरी तरह से नहीं है; वैक्यूम सीलिंग का थर्मल विकिरण क्षेत्र बहुत बड़ा है, जिससे डीगैसिंग सक्शन बैयोनेट पॉकेट बैग को प्रभावी ढंग से छेद नहीं पाता है, जिसके परिणामस्वरूप अशुद्ध सक्शन होता है।

असामान्य गैस उत्पादन को दबाने के उपाय

4. असामान्य गैस उत्पादन को दबाने के लिए सामग्री डिजाइन और विनिर्माण प्रक्रियाओं दोनों से शुरुआत की आवश्यकता होती है।

सबसे पहले, घने और स्थिर एसईआई फिल्म के निर्माण को सुनिश्चित करने, सकारात्मक इलेक्ट्रोड सामग्री की स्थिरता में सुधार करने और असामान्य गैस उत्पादन की घटना को दबाने के लिए सामग्री और इलेक्ट्रोलाइट प्रणाली को डिजाइन और अनुकूलित करना आवश्यक है।

इलेक्ट्रोलाइट्स के उपचार के लिए, एसईआई फिल्म को अधिक समान और घना बनाने के लिए फिल्म बनाने वाले एडिटिव्स की थोड़ी मात्रा जोड़ने की विधि का उपयोग अक्सर किया जाता है, जिससे उपयोग के दौरान एसईआई फिल्म की टुकड़ी कम हो जाती है और पुनर्जनन के दौरान गैस का उत्पादन कम हो जाता है, जिससे बैटरी खराब हो जाती है। उभड़ा हुआ। प्रासंगिक शोध रिपोर्ट किए गए हैं और व्यवहार में लागू किए गए हैं, जैसे कि हार्बिन इंस्टीट्यूट ऑफ टेक्नोलॉजी के चेंग सु, जिन्होंने बताया कि फिल्म बनाने वाले एडिटिव वीसी के उपयोग से बैटरी का उभार कम हो सकता है। हालाँकि, अनुसंधान ने ज्यादातर सीमित प्रभावशीलता के साथ एकल घटक एडिटिव्स पर ध्यान केंद्रित किया है। ईस्ट चाइना यूनिवर्सिटी ऑफ साइंस एंड टेक्नोलॉजी के काओ चांगहे और अन्य लोगों ने वीसी और पीएस कंपोजिट को एक नई इलेक्ट्रोलाइट फिल्म बनाने वाले एडिटिव के रूप में इस्तेमाल किया, जिससे अच्छे परिणाम प्राप्त हुए। उच्च तापमान भंडारण और साइकिलिंग के दौरान बैटरी का गैस उत्पादन काफी कम हो गया था। अनुसंधान से पता चला है कि ईसी और वीसी द्वारा गठित एसईआई झिल्ली घटक रैखिक एल्काइल लिथियम कार्बोनेट हैं। उच्च तापमान पर, LiC से जुड़ा एल्काइल लिथियम कार्बोनेट अस्थिर होता है और CO2 जैसी गैसों में विघटित हो जाता है, जिसके परिणामस्वरूप बैटरी में सूजन आ जाती है। पीएस द्वारा बनाई गई एसईआई फिल्म लिथियम एल्काइल सल्फोनेट है। हालाँकि फिल्म में दोष हैं, इसमें एक निश्चित द्वि-आयामी संरचना है और उच्च तापमान पर LiC से जुड़े होने पर भी यह अपेक्षाकृत स्थिर है। जब वीसी और पीएस को संयोजन में उपयोग किया जाता है, तो पीएस कम वोल्टेज पर नकारात्मक इलेक्ट्रोड सतह पर एक दोषपूर्ण द्वि-आयामी संरचना बनाता है। जैसे-जैसे वोल्टेज बढ़ता है, वीसी नकारात्मक इलेक्ट्रोड सतह पर एल्काइल लिथियम कार्बोनेट की एक रैखिक संरचना बनाता है। एल्काइल लिथियम कार्बोनेट द्वि-आयामी संरचना के दोषों में भर जाता है, जिससे LiC से जुड़ी नेटवर्क संरचना के साथ एक स्थिर एसईआई फिल्म बनती है। इस संरचना के साथ एसईआई झिल्ली अपनी स्थिरता में काफी सुधार करती है और झिल्ली अपघटन के कारण होने वाले गैस उत्पादन को प्रभावी ढंग से दबा सकती है।

इसके अलावा, सकारात्मक इलेक्ट्रोड लिथियम कोबाल्ट ऑक्साइड सामग्री और इलेक्ट्रोलाइट के बीच बातचीत के कारण, इसके अपघटन उत्पाद इलेक्ट्रोलाइट में विलायक अपघटन को उत्प्रेरित करेंगे। इसलिए, सकारात्मक इलेक्ट्रोड सामग्री की सतह कोटिंग न केवल सामग्री की संरचनात्मक स्थिरता को बढ़ा सकती है, बल्कि सकारात्मक इलेक्ट्रोड और इलेक्ट्रोलाइट के बीच संपर्क को भी कम कर सकती है, सक्रिय सकारात्मक इलेक्ट्रोड के उत्प्रेरक अपघटन द्वारा उत्पन्न गैस को कम कर सकती है। इसलिए, सकारात्मक इलेक्ट्रोड सामग्री कणों की सतह पर एक स्थिर और पूर्ण कोटिंग परत का गठन भी वर्तमान में एक प्रमुख विकास दिशा है।