Analýza mechanizmov korózie v článkoch z lítiového železa-v hliníkovom plášti: zvýšenie bezpečnosti a dlhej životnosti

S rýchlym vývojom nového energetického vozidla, systému skladovania energie a priemyslu spotrebnej elektroniky neustále rastú požiadavky na bezpečnosť, energetickú hustotu a životnosť lítium-iónových-batérií. Vďaka svojej vynikajúcej mechanickej pevnosti, nízkej hmotnosti a vynikajúcim schopnostiam odvádzať teplo sa hliníkové kryty stali kľúčovým obalovým riešením pre mnohé batérie na ukladanie energie a energie. Najmä hliníkové kryty sú široko používané v prizmatických napájacích batériách, ktoré poskytujú spoľahlivú štrukturálnu ochranu a tepelný manažment pre články batérie.

 

V porovnaní s vreckovými článkami a určitými valcovými konštrukciami batérií ponúkajú batérie s hliníkovým{0}obalom vynikajúcu odolnosť proti nárazu a rozmerovú stabilitu. Najmä vo vysokokapacitných{2}}batériových systémoch hliníkové kryty účinne zvyšujú celkovú tuhosť článkov a znižujú riziko deformácie spôsobené vonkajším mechanickým namáhaním počas prepravy a prevádzky; v dôsledku toho sú široko používané v železničnej doprave, skladovaní elektrickej energie a aplikáciách nových energetických vozidiel.

 

Za normálnych prevádzkových podmienok sa na povrchu hliníkového plášťa vytvorí hustá a stabilná oxidová pasivačná vrstva. Tento ochranný film účinne zabraňuje priamemu kontaktu medzi kovovým substrátom a vonkajším médiom, čím zvyšuje odolnosť proti korózii. V prípade hliníkových puzdier používaných v lítium-polymérových batériových článkoch je integrita tejto pasivačnej vrstvy priamo spojená s-dlhodobou spoľahlivosťou a životnosťou krytu batérie.

 

Ďalšia analýza pomocou energo{0}}disperznej spektroskopie (EDS) odhalila, že zatiaľ čo neporušené puzdro pozostáva predovšetkým z hliníka, skorodované oblasti obsahujú značné množstvo kyslíka a uhlíka. To naznačuje, že proces korózie zahŕňa tvorbu nových produktov chemickej reakcie a komplexné elektrochemické zmeny.

 

Analýza röntgenovej difrakcie (XRD) ukázala, že produkty korózie pozostávajú hlavne z uhličitanu lítneho a malého množstva zlúčenín lítneho -hliníka. To naznačuje, že za špecifických podmienok sa ióny lítia zúčastňujú chemických reakcií na povrchu puzdra. V prípade prizmatických puzdier lítiových batérií, ak sa vytvorí elektrické spojenie medzi zápornou elektródou a puzdrom, lítiové ióny môžu prednostne migrovať smerom k puzdru a podstúpiť interkalačnú reakciu.

 

Mechanicky má hliníková kovová mriežka štruktúrnu konfiguráciu, ktorá umožňuje interkaláciu lítiových iónov. Keď sa záporná elektróda dostane do priameho kontaktu s puzdrom, niektoré lítiové ióny môžu vstúpiť do hliníkovej mriežky za vzniku lítium-hliníkových zlúčenín. Ako reakcia pokračuje, na povrchu puzdra sa tvoria medziprodukty, ako je oxid lítny a hydroxid lítny; toto je primárny dôvod, prečo skorodované vzorky vykazujú výraznú alkalitu.

 

Ako korózia postupuje, tieto zlúčeniny lítia reagujú s atmosférickým oxidom uhličitým, pričom v konečnom dôsledku vytvárajú značné usadeniny uhličitanu lítneho. V prípade krytov batérií lítium-železofosfátových (LFP) takéto usadeniny nielenže ohrozujú štrukturálnu integritu krytu, ale tiež urýchľujú spotrebu elektrolytu a zvyšujú vnútornú impedanciu, čo vedie k neustálemu zhoršovaniu kapacity batérie.

 

 

Okrem samotných chemických reakcií sú kritickým faktorom ovplyvňujúcim koróziu zmeny potenciálu plášťa. Výskum naznačuje, že zatiaľ čo v zdravom článku je zachovaný významný potenciálny rozdiel medzi puzdrom a zápornou elektródou, v článkoch podliehajúcich korózii tento rozdiel klesá takmer na nulu. V prípade lítium{2}}iónových článkov s hliníkovým puzdrom nízky potenciálny rozdiel často signalizuje poruchu izolačného systému, čím sa vytvárajú podmienky, ktoré umožňujú priebeh koróznej reakcie.

 

Z výrobného hľadiska je kľúčom k prevencii korózie zvýšenie spoľahlivosti izolácie plášťa. Výrobné procesy pre hliníkové plášte musia prísne kontrolovať rozmery elektród, rozmerové tolerancie a umiestnenie montáže; súčasne musia byť izolačné konštrukcie v oblasti pútka zosilnené, aby sa zabránilo priamemu kontaktu medzi zápornou elektródou a puzdrom. Okrem toho by sa mali zaviesť spoľahlivé mechanizmy na monitorovanie potenciálu obalenia a skríningu produktov, aby sa v čo najskoršom štádiu identifikovali bunky s potenciálnymi rizikami.

 

Stručne povedané, korózia hliníkového plášťa je v podstate zložitý elektrochemický proces poháňaný abnormálnym kontaktom medzi zápornou elektródou a elektródouHliníkový plášť batérie, ktorý spúšťa reťazovú reakciu zahŕňajúcu interkaláciu lítiových iónov do hliníka. S vývojom batérií s vysokou -energiou- bude optimalizácia hliníkových obalových materiálov, modernizácia izolačných štruktúr a neustály pokrok v-inšpekčných technológiách na linke rozhodujúcimi faktormi pre zvýšenie bezpečnosti, spoľahlivosti a životnosti lítium{4}}iónových batérií.