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關于鋰電池內腐蝕的原因以及防范措施

文章來源(yuan)(yuan):PNAS普納斯能源(yuan)(yuan)官網 人氣:3587 發(fa)表(biao)時間:2024-03-14 15:20:52
一、鋰電池內部腐蝕是什么? 鋰電池內部腐蝕是指在電池內部部發生的腐蝕現象。具體來說,由于某些原因,電池的正極和負極材料可能會與電解液發生反應,導致電極材料的損壞和電池性能的衰退。這種腐蝕可能由多...
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一、鋰電池(chi)內部腐蝕是什么?


鋰(li)電池(chi)(chi)內部(bu)腐蝕(shi)是(shi)指在電池(chi)(chi)內部(bu)部(bu)發生(sheng)的(de)腐蝕(shi)現象。具體來說,由于(yu)某些(xie)原因(yin),電池(chi)(chi)的(de)正(zheng)極(ji)(ji)(ji)和(he)負極(ji)(ji)(ji)材料可能會與電解液發生(sheng)反應(ying),導致(zhi)電極(ji)(ji)(ji)材料的(de)損壞和(he)電池(chi)(chi)性(xing)能的(de)衰退。這種(zhong)(zhong)(zhong)腐蝕(shi)可能由多種(zhong)(zhong)(zhong)因(yin)素引起,如(ru)制造工藝缺陷、使用條件(jian)不(bu)當(dang)、存儲環(huan)境等(deng)。鋰(li)電池(chi)(chi)內部(bu)腐蝕(shi)是(shi)一種(zhong)(zhong)(zhong)常(chang)見的(de)問(wen)題,可能會影響電池(chi)(chi)的(de)壽命和(he)安(an)全性(xing)。因(yin)此,了解鋰(li)電池(chi)(chi)內部(bu)腐蝕(shi)的(de)原因(yin)和(he)預防(fang)措(cuo)施對于(yu)正(zheng)確(que)使用和(he)維護(hu)電池(chi)(chi)非(fei)常(chang)重要。

二、鋰電池內部腐蝕對電池性(xing)能有何影響(xiang)?

鋰電(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)(chi)內部(bu)腐(fu)蝕(shi)對電(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)(chi)性能的(de)影響是多方面的(de)。首先(xian),腐(fu)蝕(shi)會(hui)導致電(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)(chi)容(rong)量(liang)的(de)損失,因為腐(fu)蝕(shi)會(hui)消耗電(dian)(dian)(dian)解液并損壞(huai)電(dian)(dian)(dian)極材(cai)料(liao),使得能夠存儲的(de)電(dian)(dian)(dian)荷量(liang)減少。其次,腐(fu)蝕(shi)會(hui)增加(jia)電(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)(chi)的(de)內部(bu)阻(zu),使得電(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)(chi)在(zai)充(chong)放(fang)電(dian)(dian)(dian)過(guo)程(cheng)中的(de)電(dian)(dian)(dian)壓降增加(jia),這會(hui)影響電(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)(chi)的(de)效(xiao)率。此外,腐(fu)蝕(shi)還會(hui)產生固體(ti)產物和可(ke)溶性產物,這些產物會(hui)阻(zu)塞電(dian)(dian)(dian)極,使得電(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)(chi)的(de)充(chong)放(fang)電(dian)(dian)(dian)性能進(jin)一步下降。同(tong)時,一部(bu)分腐(fu)蝕(shi)產物會(hui)在(zai)負極產生還原沉積,這會(hui)增加(jia)電(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)(chi)的(de)自放(fang)電(dian)(dian)(dian)率,并可(ke)能引發(fa)短路等安全問題。


因此,要盡可(ke)能地防止鋰電(dian)池內(nei)部腐(fu)蝕的(de)(de)(de)發生,這需要從電(dian)池的(de)(de)(de)制造(zao)、使(shi)(shi)用和(he)(he)存(cun)儲(chu)等(deng)(deng)多(duo)個方面(mian)著手。例如,改善電(dian)池的(de)(de)(de)制造(zao)工藝,提高(gao)電(dian)極(ji)和(he)(he)電(dian)解液(ye)的(de)(de)(de)純度(du)和(he)(he)一致(zhi)性(xing),可(ke)以減少腐(fu)蝕的(de)(de)(de)可(ke)能性(xing)。同時,合理控制電(dian)池的(de)(de)(de)使(shi)(shi)用條(tiao)件(jian)和(he)(he)存(cun)儲(chu)環境,避免電(dian)池過充、過放、高(gao)溫(wen)、潮濕等(deng)(deng)不利條(tiao)件(jian),可(ke)以延長電(dian)池的(de)(de)(de)壽(shou)命和(he)(he)安全性(xing)。此外(wai),對于已經(jing)出(chu)現內(nei)部腐(fu)蝕的(de)(de)(de)電(dian)池,可(ke)以進行修復或更(geng)換處理。


三(san)、鋰電池內部腐蝕的(de)原因


1. 正(zheng)極(ji)腐(fu)(fu)蝕:正(zheng)極(ji)材料在(zai)充電(dian)(dian)過程中會(hui)與電(dian)(dian)解液發生反應,導致正(zheng)極(ji)活性物質溶解。此外,高(gao)溫和過充電(dian)(dian)也會(hui)加速正(zheng)極(ji)的氧化過程,引發正(zheng)極(ji)腐(fu)(fu)蝕。


2. 負(fu)極(ji)腐蝕(shi):負(fu)極(ji)表面(mian)的固體電解質界(jie)面(mian)膜(mo)(mo)(SEI膜(mo)(mo))不完整或者被破(po)壞時,負(fu)極(ji)會與(yu)電解液發生反應,導致負(fu)極(ji)腐蝕(shi)。


3. 電解液分解:電解液在高溫(wen)或過充電等條件下會(hui)分解,產生氣體和(he)腐蝕(shi)性物(wu)質,進(jin)一步加速電池內部部腐蝕(shi)。


4. 制(zhi)造工(gong)藝(yi)缺陷(xian):電池制(zhi)造過(guo)程中,由(you)于工(gong)藝(yi)控制(zhi)不嚴格或材料缺陷(xian),可能導致電池內部(bu)部(bu)存在(zai)微小縫隙或雜質,為內部(bu)部(bu)腐(fu)蝕創造條件。


四、檢(jian)測(ce)和預防鋰電池內部腐(fu)蝕的方法


1. 外(wai)觀檢(jian)查:通(tong)過觀察(cha)電池外(wai)觀是(shi)否有電解(jie)液流出(chu)或變形(xing)等(deng)現象,可以(yi)初步判斷電池是(shi)否出(chu)現內部腐蝕。


2. 電阻(zu)檢測:測量電池(chi)正負極之間(jian)的(de)電阻(zu),如果(guo)電阻(zu)值異(yi)常增大(da),可能意味(wei)著電池(chi)內部部存在腐蝕。


3. 電(dian)壓檢測:測量電(dian)池的開路(lu)電(dian)壓,如果(guo)電(dian)壓值異(yi)常下降,可(ke)能表明電(dian)池內(nei)部部存在腐(fu)蝕。


4. 氣(qi)(qi)密性檢測:通(tong)過檢查電池(chi)是否(fou)(fou)漏氣(qi)(qi),可以判斷電池(chi)的密封性能是否(fou)(fou)良(liang)好,從而預防因密封不良(liang)導致的內部(bu)腐蝕(shi)。


5. 泄漏物質檢(jian)測:如果電(dian)池發(fa)生泄漏,可以通過檢(jian)測泄漏物質來判斷電(dian)池是(shi)否(fou)發(fa)生內(nei)部腐蝕(shi)。


6. 使(shi)用環境(jing)控制:保(bao)持電池在(zai)使(shi)用過程中(zhong)的干燥和清(qing)潔,避免在(zai)潮濕(shi)、高溫等不利環境(jing)下(xia)使(shi)用電池,以延緩(huan)電池的氧(yang)化和腐蝕過程。


7. 正確(que)的(de)充(chong)電(dian)和(he)放電(dian):遵循正確(que)的(de)充(chong)電(dian)和(he)放電(dian)方法,避免過充(chong)或過放,可以延長電(dian)池的(de)壽(shou)命(ming)和(he)安全性。   

 
8. 定(ding)(ding)期(qi)維(wei)(wei)護(hu)保養:定(ding)(ding)期(qi)進行電池(chi)(chi)的(de)(de)維(wei)(wei)護(hu)保養,如(ru)清(qing)潔電池(chi)(chi)外表、檢查電解液的(de)(de)濃度和純凈度等,可以及時發現并(bing)處理電池(chi)(chi)存在(zai)的(de)(de)問題,延長電池(chi)(chi)的(de)(de)使(shi)用(yong)壽命。


9. 合理選擇充(chong)(chong)電器(qi):選擇符合要求(qiu)的(de)充(chong)(chong)電器(qi),避免使用劣質(zhi)充(chong)(chong)電器(qi)導致電池(chi)(chi)過充(chong)(chong)或充(chong)(chong)電不足,從而減(jian)少電池(chi)(chi)的(de)損壞和腐蝕(shi)。


為了預防鋰電(dian)池內部腐蝕,需要從多個方(fang)面綜合考慮,包括外觀檢(jian)查、電(dian)阻檢(jian)測(ce)、電(dian)壓檢(jian)測(ce)、氣(qi)密性檢(jian)測(ce)、泄(xie)漏(lou)物質檢(jian)測(ce)、使用環境控制(zhi)、正(zheng)確的(de)充(chong)電(dian)和放電(dian)、定期維護(hu)保養以(yi)及合理選擇充(chong)電(dian)器等。用戶應關(guan)注(zhu)電(dian)池的(de)狀態(tai)和性能表現,及時發(fa)現并處(chu)理問題,以(yi)延長(chang)電(dian)池的(de)壽(shou)命和安(an)全性。


五、鋰(li)電池內部腐蝕的防范措施


1. 材(cai)料選擇與(yu)優化:選擇耐腐蝕性(xing)強、穩定性(xing)高的正負(fu)極(ji)材(cai)料和電解液(ye),以(yi)及合(he)適的隔膜材(cai)料,是預防鋰(li)電池內部腐蝕的基(ji)礎。例如,可以(yi)采用高純度的電極(ji)材(cai)料、添加耐腐蝕劑到電解液(ye)中(zhong)、采用涂層或改(gai)性(xing)隔膜等。


2. 制(zhi)(zhi)(zhi)造(zao)工(gong)藝控制(zhi)(zhi)(zhi):嚴格控制(zhi)(zhi)(zhi)電(dian)(dian)池(chi)(chi)制(zhi)(zhi)(zhi)造(zao)工(gong)藝,確(que)保電(dian)(dian)極和(he)隔膜的制(zhi)(zhi)(zhi)備質量,減少內部部缺陷(xian)和(he)雜質。此外(wai),應(ying)優化電(dian)(dian)池(chi)(chi)結構和(he)設計,如(ru)改進電(dian)(dian)極的形(xing)狀和(he)尺寸、設置合(he)適的電(dian)(dian)解液(ye)注入量等。在生產過(guo)程中,應(ying)遵循清(qing)潔(jie)和(he)干燥的原則,以降低水(shui)分(fen)和(he)其他雜質對電(dian)(dian)池(chi)(chi)的影響。


3. 電(dian)池(chi)(chi)使用條件的(de)規范(fan):不適當的(de)充電(dian)方式、過高(gao)(gao)的(de)溫(wen)度(du)或過充電(dian)都可能(neng)加(jia)速(su)鋰電(dian)池(chi)(chi)的(de)內部(bu)腐蝕(shi)。因(yin)此,應規范(fan)用戶的(de)充電(dian)和使用習(xi)慣,避免過充過放(fang)(fang)、高(gao)(gao)溫(wen)存放(fang)(fang)和使用不合格的(de)充電(dian)器。此外,應提高(gao)(gao)電(dian)池(chi)(chi)管理系統(BMS)的(de)精度(du)和可靠性(xing),以防止過充電(dian)和過放(fang)(fang)電(dian)對電(dian)池(chi)(chi)造成的(de)損害(hai)。同時,研發(fa)適應更(geng)高(gao)(gao)溫(wen)度(du)和更(geng)高(gao)(gao)能(neng)量密度(du)的(de)鋰電(dian)池(chi)(chi)也是降低(di)內部(bu)腐蝕(shi)風險的(de)有效途徑。

    
4. 定(ding)(ding)期(qi)維護(hu)與檢測(ce):通過(guo)定(ding)(ding)期(qi)維護(hu)和檢測(ce)可(ke)以(yi)及早發現(xian)鋰電池(chi)的(de)內部(bu)腐(fu)蝕問題。例(li)如,可(ke)以(yi)采用(yong)X射線、超聲波等無損(sun)檢測(ce)技術定(ding)(ding)期(qi)對電池(chi)進行檢測(ce),以(yi)便及時發現(xian)內部(bu)部(bu)腐(fu)蝕情況(kuang)。此外,對于(yu)長(chang)時間(jian)未(wei)使(shi)用(yong)的(de)鋰電池(chi),應定(ding)(ding)期(qi)進行充放電循環,以(yi)保持(chi)電池(chi)活性。


5. 新型(xing)防腐(fu)(fu)技術(shu)的(de)(de)研(yan)發與應用:針(zhen)對鋰(li)(li)電(dian)池(chi)內部腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)問題,研(yan)發新型(xing)防腐(fu)(fu)技術(shu)是必要的(de)(de)。例如,可以研(yan)究新型(xing)的(de)(de)防腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)添加劑(ji)、涂層材料(liao)或處理技術(shu),以提高鋰(li)(li)電(dian)池(chi)的(de)(de)耐腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)性(xing)能(neng)和(he)使用壽命(ming)。此外,開發智(zhi)能(neng)電(dian)池(chi)管(guan)理系統也是預防內部腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)的(de)(de)重要手段之一。智(zhi)能(neng)管(guan)理系統能(neng)夠(gou)實時(shi)監測電(dian)池(chi)的(de)(de)工作狀態和(he)健康狀況,及(ji)時(shi)發現異(yi)常并進行(xing)處理,從而(er)有效延長電(dian)池(chi)的(de)(de)使用壽命(ming)。


6. 回收(shou)與再利用(yong)(yong)(yong):建立完善的電(dian)池回收(shou)和再利用(yong)(yong)(yong)體(ti)系是降低(di)鋰電(dian)池內部腐蝕風險(xian)的重(zhong)要措施之一(yi)。通(tong)過回收(shou)廢舊電(dian)池中(zhong)的有(you)用(yong)(yong)(yong)材(cai)料(liao)并進(jin)行再生利用(yong)(yong)(yong),不僅可(ke)以減少(shao)對環境的污染,還(huan)可(ke)以節約資源。同(tong)時,對于回收(shou)的廢舊電(dian)池,應進(jin)行嚴格的檢測和處(chu)理,以防止其再次流入市場或(huo)被(bei)非法處(chu)置。


六、結論


總之,預防和減(jian)輕鋰電(dian)池內(nei)部腐(fu)蝕(shi)需要從多個(ge)方面綜合考慮,包括制(zhi)造工藝、使(shi)用條件(jian)、存(cun)儲環境、維(wei)護保養和充電(dian)器(qi)選擇等(deng)。在使(shi)用過程中,用戶(hu)應關注電(dian)池的狀態和性(xing)能(neng)表現(xian),及時發現(xian)并處理問題,以延長電(dian)池的壽(shou)命和安全(quan)性(xing)。

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