סיבות והסבר לייצור גז בסוללות ליתיום-יון

הסיבה העיקרית לייצור גז בסוללות ליתיום- היא בעצם תוצאה של סדרה של תגובות לוואי כימיות ואלקטרוכימיות בלתי רצויות בתוך הסוללה. תגובות אלו צורכות את הרכיבים הפעילים בסוללה, משבשות את יציבות המבנה הפנימי ומייצרות תוצרים גזים. זה לא רק מוביל לבעיות של ירידה בביצועים כמו התנפחות סוללה, דעיכה בקיבולת וקיצור חיי מחזור, אלא במקרים חמורים, זה יכול גם לגרום לסכנות בטיחותיות כמו דליפת סוללה, שריפה ואפילו פיצוץ. בהתבסס על המבנה הפנימי ועקרון העבודה של סוללות ליתיום-יון, ייצור הגז נובע בעיקר מחמשת היבטי הליבה הבאים, שכל אחד מהם מחובר זה לזה ולעתים קרובות מעורר ומחמיר את תופעת ייצור הגז.

האלקטרוליט, כתווך הליבה להובלת יונים בתוך סוללת ליתיום-, מורכב מממיסים אורגניים, מלחי ליתיום ותוספים. היציבות שלו משפיעה ישירות על בטיחות הסוללה. בסביבות-טמפרטורות גבוהות (מעל 60 מעלות) או כאשר נעשה שימוש במתח לא תקין (כגון טעינת יתר או מתח טעינה החורג מהטווח הבטוח), הממיסים האורגניים באלקטרוליט עוברים תגובות חמצון או הפחתה ומתפרקים, ומפרקים את המבנה המולקולרי המקורי. תהליך זה מייצר מגוון של גזים, בעיקר פחמן דו חמצני (CO₂), פחמן חד חמצני (CO), מתאן (CH₄) ואתילן (C₂H₄). בין אלה, CO וגזים אחרים הם רעילים, מה שמגדיל עוד יותר את סיכוני הבטיחות.

סרט ה-SEI (ממשק אלקטרוליט מוצק) על משטח האלקטרודה השלילי הוא סרט מגן שנוצר באופן טבעי במהלך הטעינה והפריקה הראשונה של סוללת ליתיום. זה מונע מהאלקטרוליט להגיב ישירות עם חומר האלקטרודה השלילי, מה שמבטיח פעולה תקינה של הסוללה. עם זאת, כאשר הסוללה נתונה לטעינת יתר,-פריקת יתר, לטמפרטורות גבוהות או רעידות קשות, סרט ה-SEI עלול להיקרע. בשלב זה, האלקטרוליט יגיב שוב עם חומר האלקטרודה השלילי, וינסה לתקן את סרט ה-SEI הפגום. תהליך הנזק והתיקון החוזר הזה מייצר ללא הרף גזים, כולל מימן (H₂), אתילן (C₂H₄) ואתאן (C₂H₆). עם הזמן, זה יכול להוביל לכך שסרט ה-SEI יאבד את תפקוד ההגנה שלו.

לסוללות ליתיום-יש דרישות גבוהות במיוחד לתכולת לחות פנימית. אפילו כמויות קטנות של מים (רמת ppm, כלומר, חלק למיליון) יכולות לעורר תגובות לוואי חמורות. לחות מגיבה עם מלח הליתיום הליבה באלקטרוליט (כגון ליתיום hexafluorophosphate LiPF₆) כדי לייצר חומצה הידרופלואורית קורוזיבית ביותר (HF). HF לא רק גורם נזק לסרט ה-SEI אלא גם מעורר עוד יותר תגובת שרשרת של תגובות לוואי, כולל פירוק אלקטרוליטים וקורוזיה של חומרי אלקטרודה, מייצרים גזים כמו מימן (H₂), מימן פלואוריד (HF), פחמן חד חמצני (CO) ופחמן דו חמצני (CO₂), ובו זמנית קורוזיה את רכיבי הסוללה הפנימיים.

החומר הקתודה חיוני לאגירת האנרגיה ולשחרורן של סוללות ליתיום-יון, במיוחד חומרי קתודה טרינריים-ניקל גבוהים, בעלי יציבות מבנית גרועה יחסית. בתנאי טעינת יתר או טמפרטורה גבוהה-, המבנה הגבישי של חומר הקתודה קורס ומשחרר חמצן. חמצן זה מגיב באלימות עם האלקטרוליט, מה שמגביר עוד יותר את פירוק האלקטרוליטים ומייצר כמויות גדולות של גז, בעיקר חמצן (O₂) ופחמן דו חמצני (CO₂). חמצן מאיץ את תגובות הבעירה, ומגביר את הסיכון לשריפה בסוללה.

חומרי אנודה שונים מציגים מאפייני יצירת גז שונים. חומרי האנודה החדשים יותר, כגון אנודות סיליקון, חווים שינויים משמעותיים בנפח במהלך הטעינה והפריקה (שיעורי ההתרחבות יכולים לעלות על 300%). התרחבות והתכווצות נפח חוזרים ונשנים פוגעים ברציפות בסרט ה-SEI, מה שמוביל לתגובות צד מתמשכות ויצירת גזים מתמשכת. אנודות גרפיט מסורתיות, בתנאי פריקת- יתר או- טמפרטורה גבוהה, מגיבות גם עם האלקטרוליט ליצירת גזים כגון מימן (H₂), אתילן (C₂H₄) ואתאן (C₂H₆), מה שמשפיע על ביצועי הסוללה ובטיחותם.

איסי אינטליגנטימחויבת לאספקת פתרונות משולבים עם עצירה אחת עבור קווי ייצור של סוללות ליתיום חצי אוטומטיות ואוטומטיות, המשרתות יישומים כגון מערכות אחסון אנרגיה (ESS), כלי טיס בלתי מאוישים (מל"טים), אופניים חשמליים, קורקינטים חשמליים, כלי עבודה חשמליים ודו-גלגלי. בנוסף, החברה מציעה מגוון מקיף של ציוד להרכבת מארז סוללות, לרבות מכונות לדירוג תאים, ממייני סוללות, אפליקטורים לנייר בידוד, מערכות בדיקת CCD, רתכי נקודתיים ידניים ואוטומטיים, בודקי BMS, בודקים מקיפים לסוללות ומערכות בדיקת מארז סוללות.

צור קשר עכשיו