สาเหตุของการเสียรูปและการขยายตัวของแบตเตอรี่หลังการปั่นจักรยาน
บริษัทแบตเตอรี่ลิเธียมโพลิเมอร์ที่มีชื่อเสียงระดับโลก-JXBT
หลังจากการปั่นจักรยาน สาเหตุของการเปลี่ยนรูปและการขยายตัวของแบตเตอรี่:
การขยายชิ้นส่วนเสาส่วนใหญ่แบ่งออกเป็นการขยายตัวทางกายภาพและเคมี
1. การขยายตัวทางกายภาพ:
การวิเคราะห์เหตุผลของเซลล์ที่คดเคี้ยว:
หลังจากตะแกรงหรือปั่นจักรยานเป็นเวลาหลายสัปดาห์ แบตเตอรี่ลิเธียมโพลิเมอร์ขนาดกลาง-และ-ที่พันขดลวดขนาดเล็กจะเสียรูปตามความหนา หลังจากชาร์จและคายประจุแบตเตอรี่แล้ว เนื่องจากการเสียรูปของวัสดุ (ส่วนใหญ่เป็นชิ้นส่วนขั้วและฟิล์มแยก) ชั้นในของเซลล์มีขนาดเล็กเกินไปที่มุม และความเข้มข้นของความเค้นถูกสร้างขึ้นตามความกว้างของเซลล์ ซึ่งจะทำให้ชิ้นส่วนขั้วเซลล์บิดและเซลล์โค้งงอและทำให้เสียรูป
2. การขยายตัวทางเคมี:
เหตุผลทางเคมีปรากฏให้เห็นจากการขยายตัวของชิ้นส่วนเสา
ความหนาของเซลล์แบตเตอรี่ลิเธียม-จะเพิ่มขึ้นขณะชาร์จ ซึ่งมีสาเหตุหลักมาจากการขยายตัวของขั้วไฟฟ้าลบ อัตราการขยายตัวของอิเล็กโทรดบวกเพียง 2 ~ 4% และอิเล็กโทรดเชิงลบมักประกอบด้วยกราไฟท์ สารยึดเกาะ และคาร์บอนนำไฟฟ้า อัตราการขยายตัวของวัสดุกราไฟท์นั้นสูงถึง 10% ปัจจัยหลักที่ส่งผลต่อการเปลี่ยนแปลงของอัตราการขยายตัวของอิเล็กโทรดลบของกราไฟท์ ได้แก่: การก่อตัวของฟิล์ม SEI สถานะการชาร์จ (SOC) และปัจจัยอื่นๆ
(ก) การก่อตัวของฟิล์ม SEI: ในระหว่างการชาร์จและการคายประจุแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนครั้งแรก อิเล็กโทรไลต์จะเกิดปฏิกิริยารีดักชันที่อนุภาคกราไฟต์ที่ส่วนต่อประสานของเหลวที่เป็นของแข็ง- ทำให้เกิดชั้นฟิล์ม (ฟิล์ม SEI) ที่ปกคลุมพื้นผิวของวัสดุอิเล็กโทรด การสร้างฟิล์ม SEI ทำให้ความหนาของขั้วบวกเพิ่มขึ้นอย่างมาก และเนื่องจากฟิล์ม SEI ความหนาของเซลล์จึงเพิ่มขึ้นประมาณ 4% จากมุมมองของกระบวนการวัฏจักรระยะยาว- ตามโครงสร้างทางกายภาพและพื้นผิวเฉพาะของกราไฟท์ที่แตกต่างกัน กระบวนการวัฏจักรจะเกิดขึ้นจากการสลายของ SEI และกระบวนการไดนามิกของการผลิต SEI ใหม่ ตัวอย่างเช่น กราไฟท์เกล็ดมีอัตราการขยายตัวมากกว่ากราไฟท์ทรงกลม
(ข) ในระหว่างวงจรของเซลล์สถานะที่มีประจุ การขยายตัวของปริมาตรของกราไฟท์แอโนดและเซลล์ SOC มีความสัมพันธ์ของฟังก์ชันที่ดีเป็นระยะ กล่าวคือ เมื่อลิเธียมไอออนถูกฝังอยู่ในกราไฟท์อย่างต่อเนื่อง (เซลล์ SOC เพิ่มขึ้น) ปริมาตรจะค่อยๆ ขยายตัว เมื่อลิเธียมไอออนถูกปล่อยออกจากขั้วบวกของกราไฟท์ SOC ของเซลล์จะค่อยๆ ลดลง และปริมาตรของกราไฟท์แอโนดที่สอดคล้องกันจะค่อยๆ ลดลง
(ค) (3) จากมุมมองของความหนาแน่นของการบดอัดของวัสดุ ความหนาแน่นของการบดอัดมีผลกระทบต่อขั้วบวกกราไฟท์มากขึ้น ในระหว่างการกดเย็นของชิ้นเสา จะเกิดความเค้นอัดขนาดใหญ่ในชั้นฟิล์มแอโนดกราไฟท์ ความเค้นนี้ถูกอบที่อุณหภูมิสูงในชิ้นส่วนเสาถัดไป เป็นการยากที่จะคลายกระบวนการออกจนหมด เมื่อแบตเตอรี่ถูกชาร์จและคายประจุเป็นรอบ เนื่องจากการทำงานร่วมกันของการแทรกและการสกัดลิเธียมไอออน อิเล็กโทรไลต์บวมของกาว และปัจจัยอื่นๆ ความเค้นของเมมเบรนจะถูกปล่อยออกมาในระหว่างรอบและอัตราการขยายตัวจะเพิ่มขึ้น ในทางกลับกัน ความหนาแน่นของการบดอัดจะกำหนดขนาดของปริมาตรรูพรุนของชั้นเมมเบรนแอโนด ปริมาตรรูพรุนในชั้นเมมเบรนมีขนาดใหญ่ ซึ่งสามารถดูดซับปริมาตรที่เพิ่มขึ้นของชิ้นขั้วได้อย่างมีประสิทธิภาพ ปริมาณรูขุมขนมีขนาดเล็ก เมื่อชิ้นเสาขยายตัวมีพื้นที่ไม่เพียงพอที่จะดูดซับการขยายตัว ปริมาตรที่สร้างขึ้นในขณะนี้สามารถขยายออกไปด้านนอกของชั้นเมมเบรนเท่านั้น ซึ่งแสดงเป็นการขยายปริมาตรของแผ่นแอโนด
(ง) ปัจจัยอื่นๆ: ความแข็งแรงของกาวของกาว (ความแข็งแรงของกาวของส่วนต่อประสานระหว่างกาว อนุภาคกราไฟท์ คาร์บอนนำไฟฟ้าและตัวสะสมกระแสไฟฟ้า) อัตราประจุและการปล่อย ความสามารถในการบวมของกาวและอิเล็กโทรไลต์ รูปร่างของอนุภาคกราไฟท์ ความหนาแน่นรวมและการเพิ่มขึ้นของปริมาตรของชิ้นขั้วที่เกิดจากความล้มเหลวของกาวในระหว่างรอบมีผลกระทบบางอย่างต่อการขยายตัวของขั้วบวก
การคำนวณอัตราการขยายตัว:
(ความหนาของแบตเตอรี่หลังการขยาย-ความหนาของแบตเตอรี่ก่อนการขยาย)/ความหนาของแบตเตอรี่ก่อนการขยาย * 100%
ค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวคือลักษณะทางกายภาพของแบตเตอรี่ และอายุการใช้งานของวงจรคือลักษณะทางเคมีไฟฟ้า ไม่มีความสัมพันธ์โดยตรงระหว่างทั้งสอง อายุการใช้งานหมายถึงจำนวนครั้งที่สามารถใช้แบตเตอรี่ซ้ำๆ ได้
ข้อกำหนดการทดสอบสำหรับรอบ: กระแสไฟชาร์จและคายประจุ 1C, 300 รอบ, แบตเตอรี่ไม่รั่ว, ไม่มีไฟ, ไม่มีการระเบิด และความจุของแบตเตอรี่มากกว่าหรือเท่ากับ 80% ซึ่งแสดงว่ามีคุณสมบัติเหมาะสม
เมื่อพิจารณาถึงผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้าย หากการขยายแบตเตอรี่ไม่ส่งผลกระทบต่อการใช้งานผลิตภัณฑ์ (เช่น การขยายแบตเตอรี่ไม่ทำให้ตัวเรือนของผลิตภัณฑ์ขยาย/ทำให้ตัวเครื่องเสียรูป) และหลังจากรอบการทำงานตรงตามข้อกำหนดเฉพาะต่างๆ แล้ว แบตเตอรี่ก็สามารถใช้งานได้ตามปกติ
