Analiza mechanizmów korozji w ogniwach litowo-żelaznych w{{0}aluminiowej obudowie: zwiększanie bezpieczeństwa i trwałości

Wraz z szybkim rozwojem nowych pojazdów energetycznych, systemów magazynowania energii i przemysłu elektroniki użytkowej wymagania dotyczące bezpieczeństwa, gęstości energii i żywotności akumulatorów litowo-jonowych- stale rosną. Dzięki doskonałej wytrzymałości mechanicznej, lekkości i doskonałym właściwościom odprowadzania ciepła obudowy aluminiowe stały się kluczowym rozwiązaniem w zakresie opakowań dla wielu akumulatorów zasilających i magazynujących energię. W szczególności obudowy aluminiowe są szeroko stosowane w pryzmatycznych akumulatorach zasilających, zapewniając niezawodną ochronę strukturalną i zarządzanie ciepłem ogniw akumulatora.

 

W porównaniu z ogniwami kieszeniowymi i niektórymi konstrukcjami akumulatorów cylindrycznych, akumulatory w-aluminiowej obudowie zapewniają doskonałą odporność na uderzenia i stabilność wymiarową. Zwłaszcza w systemach akumulatorów-o dużej pojemności aluminiowe obudowy skutecznie zwiększają ogólną sztywność ogniw i zmniejszają ryzyko odkształcenia spowodowanego zewnętrznymi naprężeniami mechanicznymi podczas transportu i pracy; w związku z tym są szeroko stosowane w transporcie kolejowym, magazynowaniu energii i nowych zastosowaniach w pojazdach energetycznych.

 

W normalnych warunkach pracy na powierzchni aluminiowej obudowy tworzy się gęsta i stabilna warstwa pasywacji tlenkowej. Ta warstwa ochronna skutecznie zapobiega bezpośredniemu kontaktowi podłoża metalowego z mediami zewnętrznymi, zwiększając w ten sposób odporność na korozję. W przypadku aluminiowych obudów stosowanych w ogniwach akumulatorów litowo-polimerowych integralność tej warstwy pasywacyjnej jest bezpośrednio powiązana z długoterminową-niezawodnością i żywotnością obudowy akumulatora.

 

Dalsza analiza z wykorzystaniem-spektroskopii dyspersyjnej energii (EDS) ujawniła, że ​​chociaż nienaruszona obudowa składa się głównie z aluminium, skorodowane obszary zawierają znaczne ilości tlenu i węgla. Wskazuje to, że proces korozji wiąże się z powstawaniem nowych produktów reakcji chemicznych i złożonymi przemianami elektrochemicznymi.

 

Analiza-dyfrakcji promieni X (XRD) wykazała, że ​​produkty korozji składają się głównie z węglanu litu i niewielkich ilości związków litu-glinu. Sugeruje to, że w określonych warunkach jony litu biorą udział w reakcjach chemicznych zachodzących na powierzchni obudowy. W przypadku pryzmatycznych obudów akumulatorów litowych, jeśli pomiędzy elektrodą ujemną a obudową zostanie utworzone połączenie elektryczne, jony litu mogą preferencyjnie migrować w kierunku obudowy i ulegać reakcji interkalacji.

 

Pod względem mechanicznym siatka metalowo-aluminiowa ma konfigurację strukturalną, która umożliwia interkalację jonów litu. Kiedy elektroda ujemna styka się bezpośrednio z obudową, niektóre jony litu mogą przedostać się do siatki aluminiowej, tworząc związki litu-glinu. W miarę postępu reakcji na powierzchni osłonki tworzą się produkty pośrednie, takie jak tlenek litu i wodorotlenek litu; jest to główny powód, dla którego skorodowane próbki wykazują wyraźną zasadowość.

 

W miarę postępu korozji te związki litu reagują z atmosferycznym dwutlenkiem węgla, ostatecznie tworząc znaczne osady węglanu litu. W przypadku obudów akumulatorów z fosforanu litowo-żelazowego (LFP) takie osady nie tylko naruszają integralność strukturalną obudowy, ale także przyspieszają zużycie elektrolitu i zwiększają impedancję wewnętrzną, co prowadzi do ciągłego spadku pojemności akumulatora.

 

 

Oprócz samych reakcji chemicznych, krytycznym czynnikiem wpływającym na korozję są zmiany potencjału powłoki. Badania wskazują, że o ile w zdrowym ogniwie pomiędzy obudową a elektrodą ujemną utrzymuje się znaczna różnica potencjałów, o tyle w ogniwach ulegających korozji różnica ta spada niemal do zera. W przypadku ogniw litowo-jonowych-w obudowach aluminiowych niska różnica potencjałów często sygnalizuje awarię systemu izolacji, tworząc w ten sposób warunki umożliwiające postęp reakcji korozji.

 

Z punktu widzenia produkcji kluczem do zapobiegania korozji jest zwiększenie niezawodności izolacji obudowy. Procesy produkcyjne obudów aluminiowych muszą ściśle kontrolować wymiary elektrod, tolerancje wymiarowe i położenie zespołu; jednocześnie należy wzmocnić konstrukcje izolacyjne w obszarze wypustek, aby zapobiec bezpośredniemu kontaktowi elektrody ujemnej z obudową. Ponadto należy ustanowić solidne mechanizmy monitorowania potencjału osłonki i badania przesiewowego produktów, aby na możliwie najwcześniejszym etapie identyfikować komórki stwarzające potencjalne ryzyko.

 

Podsumowując, korozja obudowy aluminiowej jest zasadniczo złożonym procesem elektrochemicznym wynikającym z nieprawidłowego kontaktu pomiędzy elektrodą ujemną a elektrodąAluminiowa obudowa akumulatora, co wywołuje reakcję łańcuchową polegającą na interkalacji jonów litu do metalicznego aluminium. W miarę ewolucji akumulatorów-o dużej gęstości-energii optymalizacja aluminiowych materiałów obudowy, ulepszanie konstrukcji izolacyjnych i ciągły rozwój technologii-kontroli na linii będą miały kluczowe znaczenie dla poprawy bezpieczeństwa, niezawodności i żywotności akumulatorów litowo-jonowych.-