Aliuminio{0}}korozijos mechanizmų analizė ličio geležies elementuose: saugos ir ilgaamžiškumo didinimas

Sparčiai tobulėjant naujoms energijos transporto priemonėms, energijos kaupimo sistemoms ir plataus vartojimo elektronikos pramonei, ličio -jonų akumuliatorių saugos, energijos tankio ir ciklo trukmės reikalavimai nuolat auga. Dėl puikaus mechaninio stiprumo, lengvumo ir puikių šilumos išsklaidymo galimybių aliuminio korpusai tapo pagrindiniu daugelio galios ir energijos kaupimo baterijų pakavimo sprendimu. Visų pirma, aliuminio korpusai yra plačiai naudojami prizminėse baterijose, užtikrinančios patikimą konstrukcinę apsaugą ir akumuliatoriaus elementų šilumos valdymą.

 

Palyginti su kišeniniais elementais ir tam tikros cilindrinės formos baterijomis, aliuminio -korpuso baterijos pasižymi puikiu atsparumu smūgiams ir matmenų stabilumu. Ypač didelės talpos{2}}baterijų sistemose aliuminio korpusai efektyviai padidina bendrą elementų tvirtumą ir sumažina deformacijos riziką, kurią sukelia išorinis mechaninis įtempis transportavimo ir veikimo metu; todėl jie plačiai naudojami geležinkelių tranzitu, energijos kaupimu ir naujomis energetinėmis transporto priemonėmis.

 

Esant normalioms eksploatavimo sąlygoms, aliuminio korpuso paviršiuje susidaro tankus ir stabilus oksido pasyvavimo sluoksnis. Ši apsauginė plėvelė veiksmingai apsaugo nuo tiesioginio metalinio pagrindo ir išorinės terpės kontakto, taip padidindama atsparumą korozijai. Aliuminio korpusų, naudojamų ličio -polimero akumuliatorių elementuose, šio pasyvavimo sluoksnio vientisumas yra tiesiogiai susijęs su ilgalaikiu -akumuliatoriaus korpuso patikimumu ir tarnavimo laiku.

 

Tolesnė analizė naudojant energijos{0}}dispersinę spektroskopiją (EDS) atskleidė, kad nors nepažeistas korpusas daugiausia sudarytas iš aliuminio, korozijos pažeistose vietose yra daug deguonies ir anglies. Tai rodo, kad korozijos procese susidaro nauji cheminės reakcijos produktai ir sudėtingi elektrocheminiai pokyčiai.

 

Rentgeno spindulių difrakcijos (XRD) analizė parodė, kad korozijos produktus daugiausia sudaro ličio karbonatas ir nedideli kiekiai ličio -aliuminio junginių. Tai rodo, kad tam tikromis sąlygomis ličio jonai dalyvauja cheminėse reakcijose ant korpuso paviršiaus. Prizminių ličio baterijų korpusų atveju, jei tarp neigiamo elektrodo ir korpuso susidaro elektros jungtis, ličio jonai gali pirmiausia migruoti į korpusą ir įvykti interkaliacijos reakcija.

 

Mechaniškai aliuminio metalo grotelės turi struktūrinę konfigūraciją, kuri atitinka ličio jonų įsiterpimą. Kai neigiamas elektrodas tiesiogiai liečiasi su korpusu, kai kurie ličio jonai gali patekti į aliuminio gardelę ir sudaryti ličio{1}}aliuminio junginius. Vykstant reakcijai, ant korpuso paviršiaus susidaro tarpiniai produktai, tokie kaip ličio oksidas ir ličio hidroksidas; tai yra pagrindinė priežastis, kodėl korozijos pažeisti mėginiai turi skirtingą šarmingumą.

 

Progresuojant korozijai, šie ličio junginiai reaguoja su atmosferos anglies dioksidu ir galiausiai susidaro didelės ličio karbonato nuosėdos. Ličio geležies fosfato (LFP) akumuliatorių korpusuose tokios nuosėdos ne tik pažeidžia korpuso struktūrinį vientisumą, bet ir pagreitina elektrolito suvartojimą bei padidina vidinę varžą, todėl nuolat mažėja akumuliatoriaus talpa.

 

 

Be pačių cheminių reakcijų, korpuso potencialo pokyčiai yra esminis veiksnys, darantis įtaką korozijai. Tyrimai rodo, kad nors sveikoje ląstelėje išlaikomas reikšmingas potencialų skirtumas tarp korpuso ir neigiamo elektrodo, korozijos paveiktose ląstelėse šis skirtumas sumažėja iki beveik nulio. Ličio -jonų elementams su aliuminio korpusais mažas potencialų skirtumas dažnai rodo izoliacijos sistemos gedimą, todėl susidaro sąlygos, leidžiančios progresuoti korozijos reakcijai.

 

Gamybos požiūriu svarbiausia, kad būtų išvengta korozijos, padidinamas korpuso izoliacijos patikimumas. Aliuminio korpusų gamybos procesai turi griežtai kontroliuoti elektrodų matmenis, matmenų nuokrypius ir surinkimo padėtį; tuo pačiu metu reikia sustiprinti izoliacijos konstrukcijas skirtukų srityje, kad būtų išvengta tiesioginio kontakto tarp neigiamo elektrodo ir korpuso. Be to, turėtų būti sukurti patikimi apvalkalo potencialo ir atrankos produktų stebėjimo mechanizmai, kad kuo anksčiau būtų galima nustatyti ląsteles, kurios gali sukelti pavojų.

 

Apibendrinant galima pasakyti, kad aliuminio korpuso korozija iš esmės yra sudėtingas elektrocheminis procesas, kurį lemia nenormalus kontaktas tarp neigiamo elektrodo irAliuminio akumuliatoriaus korpusas, kuris sukelia grandininę reakciją, apimančią ličio jonų įsiterpimą į aliuminio metalą. Tobulėjant didelio-energijos-baterijoms, aliuminio korpuso medžiagų optimizavimas, izoliacinių konstrukcijų atnaujinimas ir nuolatinė-linijinių tikrinimo technologijų pažanga bus labai svarbūs siekiant padidinti ličio-jonų baterijų saugą, patikimumą ir tarnavimo laiką.