Hur förbättrar man elektrolytens infiltreringseffekt på polstycket?

1. Elektrolytkoncept

Elektrolyten är en jonledare som leder mellan de positiva och negativa elektroderna i batteriet. Under laddning och urladdning överförs litiumjoner fram och tillbaka mellan de positiva och negativa elektroderna. Elektrolyten har en relativt stor inverkan på batteriets&# 39: s laddnings- och urladdningsprestanda (hög och låg hastighet), livslängd (cyklisk lagring) och temperaturanvändningsområde.

Lämpliga lösningsmedel kräver hög dielektrisk konstant och låg viskositet. Vanligen använda alkylkarbonater som PC och EC har stark polaritet och hög dielektrisk konstant, men viskositeten är stor och den intermolekylära kraften är stor och litiumjoner rör sig i den. Hastigheten är långsam. Linjära estrar, såsom DMC (dimetylkarbonat) och DEC (dietylkarbonat), har låg viskositet men låg dielektrisk konstant. För att erhålla lösningar med hög jonledningsförmåga används de därför i allmänhet PC + DEC, EC + DMC och andra blandade lösningsmedel.

Elektrolyten som används i litiumjonbatterier bör i allmänhet uppfylla följande grundläggande krav:

a. Hög jonledningsförmåga, i allmänhet bör nå 1 × 10-3 ~ 2 × 10-2 S / cm;

b. Hög termisk och kemisk stabilitet, ingen separation sker inom ett stort spänningsområde;

c. Ett brett elektrokemiskt fönster för att bibehålla stabiliteten hos elektrokemisk prestanda inom ett brett spänningsområde;

d. Den har god kompatibilitet med andra delar av batteriet, såsom elektrodmaterial, elektrodströmsamlare och separatorer.

e. Säker, giftfri och icke-förorenande.

2. Elektrolytinfiltrationseffekt

När litiumbatteriet når bortkastningsstandarden eller plötsligt misslyckas tas det ofta isär för att analysera syftet med batteriets' s försämring eller minskning av prestanda. När redaktören demonterade och analyserade litiumbatteriet, fann man att batteriet med dålig cykelprestanda ofta är relaterat till den dåliga infiltreringseffekten av elektrolyten på polstycket. När elektrolytinfiltreringseffekten inte är bra blir jonöverföringsvägen längre, vilket hindrar skiftningen av litiumjoner mellan de positiva och negativa elektroderna. Polstyckena som inte är i kontakt med elektrolyten kan inte delta i batteriets elektrokemiska reaktion och batteriets gränssnittsmotstånd ökar, vilket påverkar litium Batteriets hastighet, urladdningskapacitet och livslängd.

Så, för att undvika alla typer av nackdelar, måste vi hitta ett sätt att göra elektrolyten så mycket som möjligt blötlägga polstycket. Naturligtvis, med tanke på kostnadsfrågan, måste vi använda lämplig mängd elektrolyt som möjligt. Mängden elektrolyt påverkar batteriets prestanda.

3. Hur man kan förbättra elektrolytens vätbarhet

Elektrolytinfiltreringen av polstycket involverar trefaskontakten av fast, vätska och gas. När elektrolyten injiceras i batterilådan måste elektrolyten först släppa ut luften i höljet och sedan kommer elektrolyten att fästa vid ytan på de positiva och negativa aktiva materialen, och en del elektrolyt kommer in i den positiva elektrod-membran-negativa genom elektroden genom lindningskärnans membran. mellan. När tiden går, kommer elektrolyten att infiltrera polstyckena och elektrolyten i membranet kommer att infiltrera polstyckena i omvänd riktning. När stilleståndstiden är lång till en viss grad, under påverkan av ytspänning, kommer infiltrationen av polstyckena att nå ett balans.

I denna process, ett koncept" kontaktvinkel" (vätningsvinkel) i fysisk kemi är involverad. Som visas i figuren nedan representerar det blå området i figuren vätskan och det grå området representerar det fasta gränssnittet. Då är det blå och grå kontaktområdet kontaktgränssnittet för fast-vätska. Positionen där vätskans tangent skär det fasta gränssnittet bildar en vinkel θ. Ju mindre kontaktvinkeln θ är, desto bättre blir vätbarheten för elektrolyten mot polstycket eller membranet. .

Men i själva driftsprocessen är det ofta omöjligt att förstå infiltreringseffekten av elektrolyten på polstycket. Enligt principen om elektrolytinfiltrering som nämns ovan kan vi hitta sätt att förbättra elektrolytens infiltreringseffekt på polstycket från följande punkter:

(1) Förbättra injektionsprocessen

Förbättring av vätskeinsprutningsprocessen är den mest konventionella metoden, som effektivt kan förbättra elektrolytens infiltreringseffekt i termer av vätskeinjektionseffektivitet, vätskeinsprutningsförhållanden, stående tid och vätskeinsprutningsmetoder.

Vätskeinsprutning under vakuumförhållanden underlättar inte bara utsläpp av gas i cellen utan minskar också gasens motstånd mot elektrolytinjektionen och hjälper elektrolyten att infiltrera polstyckena. Principen är att vakuuminsprutning kan minska förekomsten av gasmotstånd vid fastfas-vätske-trefasgränssnittet, vilket gör att elektrolyten direkt kan komma i kontakt med polstycket, vilket minskar infiltrationstiden.

Genom att förlänga tiden för att stå under vakuum kan det säkerställa att elektrolyten är helt infiltrerad i polstycket. Efter att vätskeinsprutningen förlängts minskar vätningsvinkeln mellan elektrodlösningen och polstycket gradvis och vätningsradien ökar gradvis och slutligen uppnås en god vätningseffekt.

För att undvika fenomenet med otillräcklig elektrolytinfiltrering av membran- och polstyckena kan elektrolyten injiceras i satser för att underlätta elektrolyten att helt infiltrera polstyckena. I princip är denna operationsmetod att öka sannolikheten för fast-vätske-kontakt och expandera kontaktområdet. Vid samma mängd elektrolyt kan infiltreringstiden förkortas.

(2) Förbättra kärnprocessen

Elektrolytinfiltreringseffekten är inte relaterad till egenskaperna hos elektrodmaterialpartiklarna, komprimeringsdensiteten hos polstyckena och kärnans täthet. Olika morfologi och partikelstorlek hos de positiva och negativa aktiva materialen, ledande ämnena och elektrolyten har olika infiltreringseffekter på polstyckena. Ju större partikelstorleken på råmaterialet är, ju närmare den sfäriska formen, desto större är elektrolytens penetrationshastighet och desto längre infiltrationstid. kort. När kompressionsdensiteten hos polstycket är för stor, kommer porositeten i polstycket att minska, vilket inte bidrar till elektrolytinfiltrationen av polstycket. Det är nödvändigt att justera lämplig komprimeringstäthet för att möta elektrolytinfiltrationen under förutsättning att låg batteriimpedans säkerställs. grad. På samma sätt kommer tätheten i cellstacken eller lindningen också att påverka elektrolytinfiltrationen.

När lindningen är lösare är porerna mellan den positiva elektroden - separatorn - den negativa elektroden större och mängden ackumulerad elektrolyt är större, vilket resulterar i anrikning på vissa ställen och brist på vissa ställen, vilket utan tvekan har stor inverkan på batteriets prestanda. När lindningen är tät kommer det att påverka elektrolytens infiltrationshastighet och effektivitet, vilket inte är önskvärt.

(3) Tillsätt elektrolytinfiltrationsmedel

Elektrolyten som vanligtvis används är ett organiskt lösningsmedel och polstycket är ett oorganiskt material, så förmågan att absorbera elektrolyten är svag. Tillsats av tillsatser till elektrolyten kan också förbättra infiltrationen av elektrolyten. Liu Fangfang och andra använde ett fluoretermaterial som tillsats till elektrolyten. Testresultaten visar att tillsättning av en liten mängd infiltrant till elektrolyten effektivt kan förkorta batteriets injektionstid och avsevärt förbättra batteriets cykelprestanda, men det bör noteras att det används som ett infiltrant. När tilläggsbeloppet når 1% kommer det att ha en negativ inverkan på cykelprestanda.

Kärnan i limningsmedlet är ett ytaktivt medel. Denna typ av limningsmedel har fördelarna med hög ytaktivitet, hög värmestabilitet, låg brandfarlighet och hög kemisk stabilitet. Tillsats av limningsmedlet till elektrolyten kan minska vätskans ytspänning. Förbättra vätningsförmågan och penetrationsförmågan hos elektrolyten till polstycket, vilket förbättrar batteriets elektrokemiska prestanda.

Genom ovanstående flera metoder kan infiltreringseffekten av elektrolyten på polstycket förbättras effektivt. Att förkorta infiltrationstiden kan spara produktionskostnader, förbättra infiltreringseffekten, minska batteriets gränssnittsimpedans och förbättra användningseffektiviteten för aktiva material, vilket ökar batterikapaciteten och förbättrar urladdningshastighetens egenskaper.