Bagaimana cara meningkatkan efek infiltrasi elektrolit pada tiang?

1. Konsep elektrolit

Elektrolit adalah konduktor ionik yang menghantarkan antara elektroda positif dan negatif baterai. Selama pengisian dan pengosongan, ion litium ditransfer bolak-balik antara elektroda positif dan negatif. Elektrolit memiliki dampak yang relatif besar pada kinerja pengisian dan pengosongan baterai&# 39 (laju tinggi dan rendah), masa pakai (penyimpanan siklik), dan rentang aplikasi suhu.

Pelarut yang sesuai membutuhkan konstanta dielektrik tinggi dan viskositas rendah. Alkil karbonat yang umum digunakan seperti PC dan EC memiliki polaritas yang kuat dan konstanta dielektrik yang tinggi, tetapi viskositasnya besar dan gaya antarmolekulnya besar, dan ion litium bergerak di dalamnya. Kecepatannya lambat. Ester linier, seperti DMC (dimetil karbonat) dan DEC (dietil karbonat), memiliki viskositas rendah tetapi konstanta dielektrik rendah. Oleh karena itu, untuk mendapatkan larutan dengan konduktivitas ionik tinggi, umumnya digunakan PC + DEC, EC + DMC dan pelarut campuran lainnya.

Elektrolit yang digunakan dalam baterai lithium ion umumnya harus memenuhi persyaratan dasar berikut:

Sebuah. Konduktivitas ionik tinggi, umumnya harus mencapai 1 × 10-3 ~ 2 × 10-2 S / cm;

b. Stabilitas termal dan kimia yang tinggi, tidak ada pemisahan yang terjadi dalam rentang tegangan yang lebar;

c. Jendela elektrokimia yang lebar, untuk menjaga stabilitas kinerja elektrokimia dalam rentang tegangan yang lebar;

d. Ini memiliki kompatibilitas yang baik dengan bagian lain dari baterai seperti bahan elektroda, pengumpul arus elektroda dan pemisah;

e. Aman, tidak beracun dan tidak berpolusi.

2. Efek infiltrasi elektrolit

Ketika baterai lithium mencapai standar buang atau tiba-tiba gagal, sering dibongkar untuk menganalisis tujuan penurunan atau penurunan kinerja baterai&# 39. Ketika editor membongkar dan menganalisis baterai lithium, ditemukan bahwa baterai dengan kinerja siklus yang buruk sering dikaitkan dengan efek infiltrasi elektrolit yang buruk pada bagian tiang. Ketika efek infiltrasi elektrolit tidak baik, jalur transmisi ion menjadi lebih jauh, yang menghalangi perpindahan ion litium antara elektroda positif dan negatif. Potongan tiang yang tidak bersentuhan dengan elektrolit tidak dapat berpartisipasi dalam reaksi elektrokimia baterai, dan resistansi antarmuka baterai meningkat, yang memengaruhi kinerja litium, kapasitas pengosongan, dan masa pakai baterai.

Jadi, untuk menghindari segala macam kekurangan, kita perlu mencari cara untuk membuat elektrolit merendam tiang sebanyak mungkin. Tentu saja, mengingat masalah biaya, kita perlu menggunakan elektrolit dalam jumlah yang sesuai mungkin. Jumlah elektrolit mempengaruhi kinerja baterai.

3. Bagaimana meningkatkan keterbasahan elektrolit

Infiltrasi elektrolit dari potongan tiang melibatkan kontak tiga fase padat, cair dan gas. Ketika elektrolit disuntikkan ke dalam case baterai, elektrolit harus mengeluarkan udara terlebih dahulu di dalam case, dan kemudian elektrolit akan menempel pada permukaan bahan aktif positif dan negatif, dan beberapa elektrolit akan memasuki elektroda positif-diafragma-negatif elektroda melalui diafragma inti berliku. antara. Seiring berjalannya waktu, elektrolit akan menyusup ke potongan kutub, dan elektrolit di diafragma akan menyusup ke potongan kutub ke arah sebaliknya. Ketika waktu berdiri lama sampai batas tertentu, di bawah aksi tegangan permukaan, infiltrasi potongan tiang akan mencapai keadaan keseimbangan.

Dalam proses ini, konsep" sudut kontak" (sudut pembasahan) dalam kimia fisik terlibat. Seperti yang ditunjukkan pada gambar di bawah, area biru pada gambar mewakili cairan, dan area abu-abu mewakili antarmuka solid. Kemudian bidang kontak biru dan abu-abu adalah antarmuka kontak padat-cair. Posisi di mana garis singgung zat cair memotong antarmuka padat membentuk sudut θ. Semakin kecil sudut kontak θ, semakin baik pembasahan elektrolit terhadap tiang atau diafragma. .

Namun, dalam proses operasi yang sebenarnya, seringkali tidak mungkin untuk memahami efek infiltrasi elektrolit pada potongan tiang. Menurut prinsip infiltrasi elektrolit yang disebutkan di atas, kita dapat menemukan cara untuk meningkatkan efek infiltrasi elektrolit pada tiang dari poin-poin berikut:

(1) Tingkatkan proses injeksi

Memperbaiki proses injeksi cairan adalah metode yang paling konvensional, yang secara efektif dapat meningkatkan efek infiltrasi elektrolit dalam hal efisiensi injeksi cairan, kondisi injeksi cairan, waktu berdiri, dan metode injeksi cairan.

Injeksi cairan dalam kondisi vakum tidak hanya memfasilitasi keluarnya gas di dalam sel, tetapi juga mengurangi hambatan gas terhadap injeksi elektrolit, dan membantu elektrolit menyusup ke potongan tiang. Prinsipnya adalah injeksi vakum dapat mengurangi adanya hambatan gas pada antarmuka tiga fase padat-gas-cair, memungkinkan elektrolit untuk langsung menghubungi bagian tiang, mengurangi waktu infiltrasi.

Dengan memperpanjang waktu berdiri di bawah vakum, ini dapat memastikan bahwa elektrolit sepenuhnya disusupi ke bagian tiang. Setelah injeksi cairan, karena waktu berdiri diperpanjang, sudut pembasahan antara larutan elektroda dan potongan tiang secara bertahap berkurang, dan radius pembasahan secara bertahap meningkat, dan akhirnya efek pembasahan yang baik tercapai.

Untuk menghindari fenomena infiltrasi elektrolit yang tidak mencukupi pada diafragma dan potongan tiang, elektrolit dapat disuntikkan secara batch untuk memfasilitasi elektrolit untuk sepenuhnya menyusup ke potongan tiang. Pada prinsipnya, metode operasi ini untuk meningkatkan kemungkinan kontak padat-cair dan memperluas bidang kontak. , Dalam kasus jumlah elektrolit yang sama, waktu infiltrasi dapat dipersingkat.

(2) Tingkatkan proses inti

Efek infiltrasi elektrolit tidak berhubungan dengan sifat partikel bahan elektroda, kepadatan pemadatan potongan tiang, dan kekencangan inti. Morfologi dan ukuran partikel yang berbeda dari bahan aktif positif dan negatif, agen konduktif, dan elektrolit memiliki efek infiltrasi yang berbeda pada potongan tiang. Semakin besar ukuran partikel bahan bakunya, semakin mendekati bentuk bola, semakin besar laju penetrasi elektrolitnya dan semakin lama waktu infiltrasinya. pendek. Ketika kerapatan pemadatan potongan tiang terlalu besar, porositas pada potongan tiang akan berkurang, yang tidak kondusif untuk infiltrasi elektrolit pada potongan tiang. Kepadatan pemadatan yang sesuai harus disesuaikan untuk memenuhi infiltrasi elektrolit dalam kondisi memastikan impedansi baterai rendah. gelar. Demikian pula, kekencangan tumpukan sel atau belitan juga akan mempengaruhi infiltrasi elektrolit.

Ketika belitan lebih longgar, pori-pori antara elektroda positif-pemisah-elektroda negatif lebih besar, dan jumlah elektrolit yang terakumulasi lebih besar, mengakibatkan pengayaan di beberapa tempat dan kekurangan di beberapa tempat, yang pasti berdampak besar pada kinerja baterai. Ketika belitan kencang, itu akan mempengaruhi kecepatan infiltrasi dan efisiensi elektrolit, yang tidak diinginkan.

(3) Tambahkan agen infiltrasi elektrolit

Elektrolit yang biasa digunakan adalah pelarut organik, dan pole piece merupakan bahan anorganik, sehingga kemampuan menyerap elektrolitnya lemah. Menambahkan aditif ke elektrolit juga dapat meningkatkan infiltrasi elektrolit. Liu Fangfang dan lainnya menggunakan bahan fluoroeter sebagai aditif elektrolit. Hasil pengujian menunjukkan bahwa menambahkan sedikit infiltran ke elektrolit dapat secara efektif mempersingkat waktu injeksi baterai dan secara signifikan meningkatkan kinerja siklus baterai, tetapi perlu dicatat bahwa ini digunakan sebagai infiltran. Jika jumlah penjumlahan mencapai 1%, maka akan berdampak negatif pada kinerja siklus.

Inti dari zat pengatur ukuran adalah surfaktan. Jenis zat pengatur ukuran ini memiliki keunggulan aktivitas permukaan tinggi, stabilitas panas tinggi, mudah terbakar rendah, dan stabilitas kimia tinggi. Menambahkan zat pengatur ukuran ke elektrolit dapat mengurangi tegangan permukaan cairan. Meningkatkan kemampuan pembasahan dan kemampuan penetrasi elektrolit ke bagian tiang, sehingga meningkatkan kinerja elektrokimia baterai.

Melalui beberapa metode di atas, efek infiltrasi elektrolit pada tiang dapat ditingkatkan secara efektif. Mempersingkat waktu infiltrasi dapat menghemat biaya produksi, meningkatkan efek infiltrasi, mengurangi impedansi antarmuka baterai, dan meningkatkan efisiensi pemanfaatan bahan aktif, sehingga meningkatkan kapasitas baterai dan meningkatkan karakteristik laju pelepasan.