Come migliorare l'effetto di infiltrazione dell'elettrolita sull'espansione polare?

1. Concetto di elettrolita

L'elettrolito è un conduttore ionico che conduce tra gli elettrodi positivo e negativo della batteria. Durante la carica e la scarica, gli ioni di litio vengono trasferiti avanti e indietro tra gli elettrodi positivo e negativo. L'elettrolito ha un impatto relativamente grande sulle prestazioni di carica e scarica della batteria&(velocità alta e bassa), durata (conservazione ciclica) e intervallo di applicazione della temperatura.

Solventi adatti richiedono elevata costante dielettrica e bassa viscosità. I carbonati alchilici comunemente usati come PC ed EC hanno una forte polarità e un'elevata costante dielettrica, ma la viscosità è grande e la forza intermolecolare è grande e gli ioni di litio si muovono in essa. La velocità è lenta. Gli esteri lineari, come DMC (dimetil carbonato) e DEC (dietil carbonato), hanno bassa viscosità ma bassa costante dielettrica. Pertanto, per ottenere soluzioni con elevata conducibilità ionica, vengono generalmente utilizzati PC + DEC, EC + DMC e altri solventi misti.

L'elettrolito utilizzato nelle batterie agli ioni di litio deve generalmente soddisfare i seguenti requisiti di base:

un. Alta conduttività ionica, generalmente dovrebbe raggiungere 1 × 10-3 ~ 2 × 10-2 S / cm;

b. Elevata stabilità termica e chimica, nessuna separazione avviene in un ampio intervallo di tensione;

c. Un'ampia finestra elettrochimica, per mantenere la stabilità delle prestazioni elettrochimiche in un ampio intervallo di tensione;

d. Ha una buona compatibilità con altre parti della batteria come i materiali degli elettrodi, i collettori di corrente dell'elettrodo e i separatori;

e. Sicuro, atossico e non inquinante.

2. Effetto di infiltrazione elettrolitica

Quando la batteria al litio raggiunge lo standard di scarto o si guasta improvvisamente, viene spesso smontata per analizzare lo scopo del degrado o della caduta delle prestazioni della batteria GG. Quando l'editore ha smontato e analizzato la batteria al litio, si è riscontrato che la batteria con prestazioni di ciclo scadenti è spesso correlata allo scarso effetto di infiltrazione dell'elettrolita sull'espansione polare. Quando l'effetto di infiltrazione elettrolitica non è buono, il percorso di trasmissione degli ioni diventa più lontano, il che ostacola la navetta degli ioni di litio tra gli elettrodi positivi e negativi. Le espansioni polari che non sono in contatto con l'elettrolito non possono partecipare alla reazione elettrochimica della batteria e la resistenza dell'interfaccia della batteria aumenta, il che influisce sulle prestazioni della velocità, sulla capacità di scarica e sulla durata della batteria.

Quindi, per evitare tutti i tipi di inconvenienti, dobbiamo trovare un modo per fare in modo che l'elettrolito impregni il più possibile l'espansione polare. Ovviamente, considerando il problema dei costi, dobbiamo utilizzare la quantità appropriata di elettrolita possibile. La quantità di elettrolito influisce sulle prestazioni della batteria.

3. Come migliorare la bagnabilità dell'elettrolito

L'infiltrazione dell'elettrolita nell'espansione polare comporta il contatto trifase di solido, liquido e gas. Quando l'elettrolita viene iniettato nella custodia della batteria, l'elettrolito deve prima scaricare l'aria nella custodia, quindi l'elettrolita aderirà alla superficie dei materiali attivi positivi e negativi e alcuni elettroliti entreranno nell'elettrodo positivo-diaframma-negativo elettrodo attraverso il diaframma del nucleo dell'avvolgimento. fra. Col passare del tempo, l'elettrolita si infiltrerà nelle espansioni polari e l'elettrolita nel diaframma si infiltrerà nelle espansioni polari nella direzione opposta. Quando il tempo di riposo è in una certa misura lungo, sotto l'azione della tensione superficiale, l'infiltrazione delle espansioni polari raggiungerà uno stato di equilibrio.

In questo processo, un concetto" angolo di contatto" (angolo di bagnatura) in chimica fisica è coinvolto. Come mostrato nella figura seguente, l'area blu nella figura rappresenta il liquido e l'area grigia rappresenta l'interfaccia solida. Quindi l'area di contatto blu e grigia è l'interfaccia di contatto solido-liquido. La posizione in cui la tangente del liquido interseca l'interfaccia solida forma un angolo θ. Minore è l'angolo di contatto θ, migliore è la bagnabilità dell'elettrolita sull'espansione polare o sul diaframma. .

Tuttavia, nel processo operativo effettivo, è spesso impossibile cogliere l'effetto di infiltrazione dell'elettrolita sull'espansione polare. Secondo il principio di infiltrazione elettrolitica sopra menzionato, possiamo trovare modi per migliorare l'effetto di infiltrazione dell'elettrolita sull'espansione polare dai seguenti punti:

(1) Migliora il processo di iniezione

Il miglioramento del processo di iniezione del liquido è il metodo più convenzionale, che può migliorare efficacemente l'effetto di infiltrazione dell'elettrolita in termini di efficienza di iniezione del liquido, condizioni di iniezione del liquido, tempo di attesa e metodi di iniezione del liquido.

L'iniezione di liquido in condizioni di vuoto non solo facilita lo scarico del gas nella cella, ma riduce anche la resistenza del gas all'iniezione dell'elettrolita e aiuta l'elettrolito a infiltrarsi nelle espansioni polari. Il principio è che l'iniezione sotto vuoto può ridurre l'esistenza di resistenza al gas all'interfaccia trifase solido-gas-liquido, consentendo all'elettrolita di entrare in contatto direttamente con l'espansione polare, riducendo il tempo di infiltrazione.

Estendendo il tempo di permanenza sotto vuoto, è possibile garantire che l'elettrolito sia completamente infiltrato nell'espansione polare. Dopo l'iniezione di liquido, man mano che il tempo di attesa è prolungato, l'angolo di bagnatura tra la soluzione dell'elettrodo e l'espansione polare diminuisce gradualmente e il raggio di bagnatura aumenta gradualmente e infine si ottiene un buon effetto di bagnatura.

Per evitare il fenomeno di una insufficiente infiltrazione elettrolitica della membrana e delle espansioni polari, l'elettrolita può essere iniettato in batch per facilitare la completa infiltrazione dell'elettrolita nelle espansioni polari. In linea di principio, questo metodo operativo è aumentare la probabilità di contatto solido-liquido ed espandere l'area di contatto. , A parità di quantità di elettrolita, il tempo di infiltrazione può essere ridotto.

(2) Migliora il processo principale

L'effetto di infiltrazione elettrolitica non è estraneo alle proprietà delle particelle di materiale dell'elettrodo, alla densità di compattazione delle espansioni polari e alla tenuta del nucleo. La diversa morfologia e dimensione delle particelle dei materiali attivi positivi e negativi, agenti conduttivi ed elettroliti hanno diversi effetti di infiltrazione sulle espansioni polari. Maggiore è la dimensione delle particelle della materia prima, più vicina alla forma sferica, maggiore è la velocità di penetrazione dell'elettrolita e maggiore è il tempo di infiltrazione. corto. Quando la densità di compattazione dell'espansione polare è troppo grande, la porosità nell'espansione polare diminuirà, il che non favorisce l'infiltrazione elettrolitica dell'espansione polare. È necessario regolare la densità di compattazione appropriata per soddisfare l'infiltrazione dell'elettrolito a condizione di garantire una bassa impedenza della batteria. grado. Allo stesso modo, la tenuta della pila di celle o dell'avvolgimento influirà anche sull'infiltrazione dell'elettrolita.

Quando l'avvolgimento è più allentato, i pori tra l'elettrodo positivo, il separatore, l'elettrodo negativo sono più grandi e la quantità di elettrolita accumulato è maggiore, con conseguente arricchimento in alcuni punti e mancanza in alcuni punti, che indubbiamente ha un grande impatto le prestazioni della batteria. Quando l'avvolgimento è stretto, influenzerà la velocità di infiltrazione e l'efficienza dell'elettrolita, il che non è desiderabile.

(3) Aggiungere l'agente di infiltrazione elettrolitica

L'elettrolita solitamente utilizzato è un solvente organico e l'espansione polare è un materiale inorganico, quindi la capacità di assorbire l'elettrolita è debole. L'aggiunta di additivi all'elettrolita può anche migliorare l'infiltrazione dell'elettrolita. Liu Fangfang e altri hanno utilizzato un materiale fluoroetere come additivo per l'elettrolita. I risultati del test mostrano che l'aggiunta di una piccola quantità di infiltrante all'elettrolito può ridurre efficacemente il tempo di iniezione della batteria e migliorare significativamente le prestazioni del ciclo della batteria, ma va notato che viene utilizzato come infiltrante. Quando l'importo dell'aggiunta raggiunge l'1%, avrà un impatto negativo sulle prestazioni del ciclo.

L'essenza dell'agente collante è un tensioattivo. Questo tipo di agente collante presenta i vantaggi di un'elevata attività superficiale, elevata stabilità al calore, bassa infiammabilità e alta stabilità chimica. L'aggiunta dell'agente di collatura all'elettrolita può ridurre la tensione superficiale del liquido. Migliora la capacità di bagnatura e la capacità di penetrazione dell'elettrolita sull'espansione polare, migliorando così le prestazioni elettrochimiche della batteria.

Attraverso i vari metodi sopra, l'effetto di infiltrazione dell'elettrolita sull'espansione polare può essere efficacemente migliorato. La riduzione del tempo di infiltrazione può far risparmiare i costi di produzione, migliorare l'effetto di infiltrazione, ridurre l'impedenza dell'interfaccia della batteria e migliorare l'efficienza di utilizzo dei materiali attivi, aumentando così la capacità della batteria e migliorando le caratteristiche della velocità di scarica.