수분 함량이 배터리 성능에 미치는 영향

재료 유형, 양극 및 음극의 압축 밀도, 수분, 코팅 표면 밀도 및 전해질의 양과 같이 리튬 배터리의 성능에 영향을 미치는 많은 요소가 있습니다. 그중 수분은 리튬 이온 배터리의 성능에 중요한 영향을 미칩니다. 수분은 리튬 이온 배터리의 생산 과정에서 엄격하게 제어되어야하는 핵심 요소입니다. 과도한 수분은 전해질에서 리튬 염의 분해를 유발할뿐만 아니라 양극 및 음극 물질에 손상을 줄 수 있으며, 집 전체는 특정 부식 및 파괴 효과를 가지며 사이클 성능 및 안전 성능을 저하시킵니다 배터리의. 그러나 미량의 수분은 중요한 의미를 갖습니다. 다음은 습기가 리튬 배터리의 성능에 미치는 영향을 설명합니다.

1. 과도한 수분의 단점

삼원 / 흑연 시스템 배터리의 생산 공정에서 양극 슬러리의 제조는 일반적으로 PVDF를 바인더로 사용하고 NMP를 용매로 사용하는 유성 분산 시스템을 사용합니다. PVDF가 과도한 수분을 만나면 젤라틴 물질을 형성하여 슬러리 코팅에 도움이되지 않는 슬러리의 유동성과 평탄화를 초래합니다. 따라서 슬러리를 준비 할 때 원료의 수분 함량, 작업 환경 및 작업자 작업 중 수분 유입에주의를 기울여야합니다.

리튬 배터리 슬러리의 제조에 큰 영향을 미치는 것 외에도 과도한 수분은 전해질의 분해를 유발합니다. 응답은 다음과 같습니다.

불산은 특히 부식성 산으로 리튬 배터리의 양극 및 음극 재료와 집 전체에 심각한 손상을 입히고 궁극적으로 배터리 안전 문제를 일으킬 수 있습니다.

2. 미량 수의 의미

그러나 리튬 배터리에서 물이 적을수록 더 좋은 것은 아닙니다. 우리 모두 알고 있듯이, 고체 전해질 계면 (일반적으로 SEI 막이라고 함)은 Li +가 자유롭게 통과 할 수 있지만 전해질 분자는 통과 할 수없는 선택적 투과성 막입니다. 전해질 및 미량 첨가제의 조성은 SEI 막 형성의 잠재력, 소형화 정도, 배터리의 비가 역적 용량 손실 및 배터리의 내부 저항에 상당한 영향을 미칩니다. 전해질의 미량 성분 인 물은 리튬 이온 배터리의 SEI 필름 형성 및 배터리 성능에 특정 영향을 미칩니다.

셋째, 리튬 배터리의 성능에 대한 수분의 영향

다양한 재료 시스템에서 수분 함량은 배터리 성능에 큰 영향을 미칩니다. 그러나 변하지 않은 것은 습기가 리튬 배터리의 첫 번째 충전 및 방전 용량, 내부 저항, 배터리 수명 및 배터리 볼륨에 영향을 미친다는 것입니다. 리튬 코발트 산화물 / 흑연 시스템 배터리를 예로 들어 보겠습니다.

1. 첫 번째 충전 및 방전 용량에 미치는 영향

수분은 리튬 배터리의 SEI 형성과 관련이 있으며 리튬 배터리의 첫 번째 비가 역적 용량 손실에 필연적으로 영향을 미칩니다. 그림 1과 같이

그림 1. 배터리 충전 및 방전 용량에 대한 수분 함량의 영향

배터리의 수분이 0.015 % 미만이면 배터리의 첫 번째 방전 용량이 국가 표준을 충족하고 변화가 적습니다. 배터리의 수분이 0.015 % ~ 0.04 % 범위에 있으면 배터리의 수분이 증가함에 따라 배터리의 첫 번째 방전 용량이 감소합니다. 배터리의 수분 함량이 0.015 % 미만이면 다음 반응이 지배적입니다.

단 전자 환원 공정에 의해 생성 된 리튬 알킬 카보네이트는 전해질의 미량 물과 반응하여 리튬 카보네이트를 생성 할 수도 있습니다.

2ROCO2 Li {{2}} H2O → Li2CO3 +CO2 +2ROH

CO2가 생성되면 음극 표면에서 낮은 전위로 새로운 화학 반응이 발생합니다.

2CO2+2Li+ +2e → Li2CO3 +CO

적절한 양의 물이 Li2CO3가 지배하는 안정적이고 균일하며 조밀 한 SEI 필름을 형성하는 데 도움이 될 것임을 알 수 있습니다. SEI 필름이 음극을 완전히 덮으면 비가역 반응이 즉시 중지됩니다.

수분 함량이 0.0150 % ~ 0.04 % 범위이면 리튬 이온 소모량이 증가하고 배터리의 충 방전 용량이 감소하여 부정적인 영향을 미칩니다.

2. 배터리 내부 저항에 미치는 영향

배터리의 내부 저항은 배터리의 가장 중요한 특성 매개 변수 중 하나입니다. 이는 배터리의 수명과 작동 상태를 특징 짓는 중요한 매개 변수이며 배터리에서 이온과 전자를 이동하는 데 어려움이 있음을 나타내는 주요 지표입니다. 내부 저항은 주로 배터리 재료, 제조 공정 및 배터리 구조와 같은 요인의 영향을받습니다. 내부 저항이 작을수록 배터리가 방전 될 때 차지하는 전압이 작아지고 더 많은 에너지를 출력 할 수 있습니다. 장기간 보관 된 배터리의 경우 보관 시간이 길어짐에 따라 내부 저항이 증가하고 내부 저항이 일정 값을 초과하면 배터리 성능에 큰 영향을 미칩니다. 수분 함량은 리튬 배터리의 SEI 필름 품질에 영향을 미치기 때문에 도입은 배터리의 내부 저항에 영향을 미칩니다.

EC / DMC / EMC 전해질 용매 시스템에서 미량의 물은 내부 저항이 낮은 Li2CO3 기반의 안정적이고 균일하며 조밀 한 SEI 필름을 형성 할 수 있습니다. 수분 함량이 SE I 필름을 형성하는 데 필요한 시스템의 함량보다 많으면 POF3 및 LiF가 SEI 필름 표면에 침전되어 배터리의 내부 저항이 증가합니다. 그림 2와 같이

그림 2. 배터리 내부 저항에 대한 수분 함량의 영향

3. 배터리 용량 저하에 미치는 영향

수분 함량은 균일 성 및 소형화와 같은 배터리 SEI 필름의 특성에 영향을줍니다. SE I 필름이 균일하고 조밀 할 경우 전해질 용매가 음극에 매립되기 쉽지 않아 Li + 삽입 공간을 차지하므로 용량 저하가 거의 없습니다. 반대로, SEI 필름의 일부가 치밀하지 않거나 균일하지 않은 경우, Li + 삽입 공석이 전해질 용매에 의해 점유되기가 비교적 쉽습니다. Li2CO3는 균일하고 조밀 한 SEI 필름을 형성하는 데 가장 중요한 구성 요소입니다. EC / DMC / EMC 전해질 용매 시스템에서 적절한 양의 물은 Li2CO3 기반의 SEI 필름 형성을 촉진 할 수 있습니다. 수분 함량이 충분하거나 과도하면 SEI가 형성됩니다. 필름이 조밀하고 균일할수록 탄소 양극에 용매가 매립 될 가능성이 낮아집니다. 이것이 수분이 0.015 % ~ 0.04 % 범위에있을 때 수분 함량이 증가함에 따라 배터리 용량 감쇠가 점차 감소하는 이유입니다. 수분 함량이 0.015 % 미만이면 음극 표면에보다 조밀 한 SEI 막이 형성되어 용매 매립을 평형 상태로 유지합니다. 따라서 배터리 용량 감소는 상대적으로 안정된 상태로 유지됩니다.

그림 3. 배터리 용량 감소율에 대한 수분 함량의 영향

4. 배터리 두께에 미치는 영향

그림 4. 배터리 두께에 대한 수분 함량의 영향

그림에서 수분 함량이 증가할수록 배터리 두께도 증가하는 것을 알 수 있습니다. 수분 함량이 CO2, CO 및 SEI 필름 형성 중에 생성 된 기타 가스 때문인 경우. 그리고 물이 과도하면 과잉 물은 LiPF6와 계속 반응하여 HF 가스를 생성합니다. 배터리의 내부 가스 생산은 배터리의 안전과 관련이 있습니다. 배터리의 심각한 헛배 부름 문제를 방지하려면 배터리 내부의 물을 엄격하게 제어해야합니다.

참조 :

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