¿Cómo mejorar el efecto de infiltración del electrolito en la pieza del poste?

1. Concepto de electrolitos

El electrolito es un conductor iónico que conduce entre los electrodos positivos y negativos de la batería. Durante la carga y descarga, los iones de litio se transfieren de ida y vuelta entre los electrodos positivos y negativos. El electrolito tiene un impacto relativamente grande en el rendimiento de carga y descarga de la batería (alta y baja tasa), la vida útil (almacenamiento cíclico) y el rango de aplicación de temperatura.

Los disolventes adecuados requieren alta constante dieléctrica y baja viscosidad. Carbonatos de alquilo comúnmente utilizados como PC y EC tienen una fuerte polaridad y alta constante dieléctrica, pero la viscosidad es grande y la fuerza intermolecular es grande, y los iones de litio se mueven en él. La velocidad es lenta. Los ésteres lineales, como el DMC (carbonato de dimetilo) y el DEC (carbonato de dietil), tienen baja viscosidad pero baja constante dieléctrica. Por lo tanto, con el fin de obtener soluciones con alta conductividad iónica, generalmente se utilizan PC +DEC, EC + DMC y otros disolventes mixtos.

El electrolito utilizado en las baterías de iones de litio generalmente debe cumplir con los siguientes requisitos básicos:

Un. Alta conductividad iónica, generalmente debe alcanzar 1-10-3-2-10-2 S/cm;

B. Alta estabilidad térmica y química, no se produce separación en un amplio rango de voltaje;

C. Una amplia ventana electroquímica, para mantener la estabilidad del rendimiento electroquímico en un amplio rango de voltaje;

D. Tiene buena compatibilidad con otras partes de la batería como materiales de electrodos, colectores de corriente de electrodos y separadores;

e. Seguro, no tóxico y no contaminante.

2. Efecto de infiltración de electrolitos

Cuando la batería de litio alcanza el estándar de descarte o falla repentinamente, a menudo se desmonta para analizar el propósito de la degradación o caída del rendimiento de la batería. Cuando el editor desmontó y analizó la batería de litio, se encontró que la batería con un rendimiento de ciclo deficiente a menudo está relacionada con el pobre efecto de infiltración del electrolito en la pieza del poste. Cuando el efecto de infiltración de electrolitos no es bueno, la trayectoria de transmisión de iones se hace más lejos, lo que dificulta el traslado de iones de litio entre los electrodos positivos y negativos. Las piezas de poste que no están en contacto con el electrolito no pueden participar en la reacción electroquímica de la batería, y la resistencia de la interfaz de la batería aumenta, lo que afecta al litio El rendimiento de la velocidad, la capacidad de descarga y la vida útil de la batería.

Por lo tanto, con el fin de evitar todo tipo de inconvenientes, necesitamos encontrar una manera de hacer que el electrolito tanto como sea posible empapar la pieza del poste. Por supuesto, teniendo en cuenta el problema de costo, necesitamos usar la cantidad adecuada de electrolito como sea posible. La cantidad de electrolitos afecta al rendimiento de la batería.

3. Cómo mejorar la humectabilidad de los electrolitos

La infiltración de electrolitos de la pieza del polo implica el contacto trifásico de sólido, líquido y gas. Cuando el electrolito se inyecta en la caja de la batería, el electrolito primero debe descargar el aire en la caja, y luego el electrolito se adhiere a la superficie de los materiales activos positivos y negativos, y algunos electrolitos entrarán en el electrodo negativo electrodo-diafragma positivo a través del diafragma del núcleo de bobinado. Entre. A medida que pasa el tiempo, el electrolito se infiltrará en las piezas del poste, y el electrolito en el diafragma se infiltrará en las piezas del polo en la dirección inversa. Cuando el tiempo de pie es largo hasta cierto punto, bajo la acción de la tensión superficial, la infiltración de las piezas del polo alcanzará un estado de equilibrio.

En este proceso, un concepto "ángulo de contacto" (ángulo de humectación) en la química física está involucrado. Como se muestra en la figura siguiente, el área azul en la figura representa el líquido, y el área gris representa la interfaz sólida. A continuación, el área de contacto azul y gris es la interfaz de contacto sólido-líquido. La posición en la que la tangente del líquido interseca la interfaz sólida forma un ángulo. Cuanto más pequeño sea el ángulo de contacto, mejor será la humectabilidad del electrolito a la pieza del poste o diafragma. .

Sin embargo, en el proceso de operación real, a menudo es imposible captar el efecto de infiltración del electrolito en la pieza del poste. De acuerdo con el principio de infiltración de electrolitos mencionado anteriormente, podemos encontrar maneras de mejorar el efecto de infiltración del electrolito en la pieza del polo desde los siguientes puntos:

(1) Mejorar el proceso de inyección

Mejorar el proceso de inyección de líquido es el método más convencional, que puede mejorar eficazmente el efecto de infiltración del electrolito en términos de eficiencia de inyección de líquido, condiciones de inyección de líquido, tiempo de espera, y métodos de inyección de líquido.

La inyección de líquido en condiciones de vacío no sólo facilita la descarga de gas en la célula, sino que también reduce la resistencia del gas a la inyección de electrolitos, y ayuda al electrolito a infiltrarse en las piezas del polo. El principio es que la inyección al vacío puede reducir la existencia de resistencia al gas en la interfaz trifásica sólido-gas-líquido, permitiendo que el electrolito entre directamente en la pieza del polo, reduciendo el tiempo de infiltración.

Al extender el tiempo de pie bajo vacío, puede garantizar que el electrolito esté completamente infiltrado en la pieza del poste. Después de la inyección de líquido, a medida que se prolonga el tiempo de espera, el ángulo de humectación entre la solución del electrodo y la pieza del polo disminuye gradualmente, y el radio de humectación aumenta gradualmente, y finalmente se logra un buen efecto humectante.

Con el fin de evitar el fenómeno de la infiltración de electrolitos insuficientes del diafragma y las piezas de polo, el electrolito se puede inyectar en lotes para facilitar el electrolito para infiltrarse completamente en las piezas de polo. En principio, este método de operación es aumentar la probabilidad de contacto sólido-líquido y expandir el área de contacto. , En el caso de la misma cantidad de electrolito, el tiempo de infiltración se puede acortar.

(2) Mejorar el proceso central

El efecto de infiltración de electrolitos no está relacionado con las propiedades de las partículas de material del electrodo, la densidad de compactación de las piezas del polo y la estanqueidad del núcleo. Diferentes morfologías y tamaño de partícula de los materiales activos positivos y negativos, agentes conductores y electrolitos tienen diferentes efectos de infiltración en las piezas de polo. Cuanto mayor sea el tamaño de partícula de la materia prima, más cerca de la forma esférica, mayor será la tasa de penetración de electrolitos y mayor será el tiempo de infiltración. Corto. Cuando la densidad de compactación de la pieza del poste es demasiado grande, la porosidad en la pieza del poste disminuirá, lo que no es propicio para la infiltración de electrolitos de la pieza del poste. Es necesario ajustar la densidad de compactación adecuada para cumplir con la infiltración de electrolitos con la condición de garantizar una impedancia de la batería baja. Grado. Del mismo modo, la estanqueidad de la pila de células o el bobinado también afectará la infiltración de electrolitos.

Cuando el bobinado es más flojo, los poros entre el electrodo positivo-el separador-el electrodo negativo son más grandes, y la cantidad de electrolito acumulado es mayor, lo que resulta en el enriquecimiento en algunos lugares y la falta en algunos lugares, que sin duda tiene un gran impacto en el rendimiento de la batería. Cuando el bobinado es apretado, afectará a la velocidad de infiltración y la eficiencia del electrolito, que no es deseable.

(3) Añadir agente de infiltración de electrolitos

El electrolito utilizado generalmente es un disolvente orgánico, y la pieza del polo es un material inorgánico, por lo que la capacidad de absorber el electrolito es débil. La adición de aditivos al electrolito también puede mejorar la infiltración del electrolito. Liu Fangfang y otros utilizaron un material fluoroéter como aditivo para el electrolito. Los resultados de la prueba muestran que la adición de una pequeña cantidad de infiltrado al electrolito puede acortar eficazmente el tiempo de inyección de la batería y mejorar significativamente el rendimiento del ciclo de la batería, pero debe tenerse en cuenta que se utiliza como un infiltrado. Cuando la cantidad de adición alcanza el 1%, tendrá un impacto negativo en el rendimiento del ciclo.

La esencia del agente de dimensionamiento es un tensioactivo. Este tipo de agente de dimensionamiento tiene las ventajas de una alta actividad superficial, alta estabilidad térmica, baja inflamabilidad y alta estabilidad química. La adición del agente de dimensionamiento al electrolito puede reducir la tensión superficial del líquido. Mejorar la capacidad de humectación y la capacidad de penetración del electrolito a la pieza del polo, mejorando así el rendimiento electroquímico de la batería.

A través de los métodos anteriores, el efecto de infiltración del electrolito en la pieza del polo se puede mejorar eficazmente. Acortar el tiempo de infiltración puede ahorrar costes de producción, mejorar el efecto de infiltración, reducir la impedancia de la interfaz de la batería y mejorar la eficiencia de utilización de los materiales activos, aumentando así la capacidad de la batería y mejorando las características de la velocidad de descarga.