Analýza mechanismů koroze v lithiových železných článcích-v hliníkovém plášti: zvýšení bezpečnosti a dlouhé životnosti

S rychlým rozvojem nového energetického vozidla, systému skladování energie a odvětví spotřební elektroniky neustále rostou požadavky na bezpečnost, hustotu energie a životnost lithium-iontových baterií. Díky své vynikající mechanické pevnosti, lehké povaze a vynikajícím schopnostem odvádět teplo se hliníkové kryty staly klíčovým řešením balení pro mnoho akumulátorů energie a energie. Zejména hliníkové kryty jsou široce používány v prizmatických napájecích bateriích, které poskytují spolehlivou strukturální ochranu a tepelný management pro bateriové články.

 

Ve srovnání s pouzdrovými články a některými válcovitými konstrukcemi baterií nabízejí baterie s hliníkovým pouzdrem -výjimečnou odolnost proti nárazu a rozměrovou stabilitu. Zejména u vysokokapacitních{2}}bateriových systémů hliníková pouzdra účinně zvyšují celkovou tuhost článků a snižují riziko deformace způsobené vnějším mechanickým namáháním během přepravy a provozu; v důsledku toho jsou široce používány v železniční dopravě, skladování elektrické energie a aplikacích nových energetických vozidel.

 

Za normálních provozních podmínek se na povrchu hliníkového pláště vytvoří hustá a stabilní oxidová pasivační vrstva. Tento ochranný film účinně zabraňuje přímému kontaktu mezi kovovým substrátem a vnějším médiem, čímž zvyšuje odolnost proti korozi. U hliníkových krytů používaných v článcích lithium-polymerových baterií je integrita této pasivační vrstvy přímo spojena s dlouhodobou- spolehlivostí a životností krytu baterie.

 

Další analýza pomocí energeticky-disperzní spektroskopie (EDS) odhalila, že zatímco neporušené pouzdro sestává převážně z hliníku, zkorodované oblasti obsahují značné množství kyslíku a uhlíku. To naznačuje, že proces koroze zahrnuje tvorbu nových produktů chemických reakcí a složité elektrochemické změny.

 

Analýza rentgenové difrakce (XRD) ukázala, že korozní produkty se skládají převážně z uhličitanu lithného a menšího množství sloučenin lithium-hliníku. To naznačuje, že za specifických podmínek se ionty lithia účastní chemických reakcí na povrchu pláště. V případě prizmatických pouzder lithiových baterií, pokud se mezi zápornou elektrodou a pouzdrem vytvoří elektrické spojení, mohou ionty lithia přednostně migrovat směrem k pouzdru a podléhat interkalační reakci.

 

Mechanicky má hliníková kovová mřížka strukturní konfiguraci, která umožňuje interkalaci lithných iontů. Když se záporná elektroda dostane do přímého kontaktu s pouzdrem, některé ionty lithia mohou vstoupit do hliníkové mřížky a vytvořit lithium-hlinité sloučeniny. Jak reakce pokračuje, tvoří se na povrchu pouzdra meziprodukty, jako je oxid lithný a hydroxid lithný; to je hlavní důvod, proč zkorodované vzorky vykazují výraznou alkalitu.

 

Jak koroze postupuje, tyto sloučeniny lithia reagují s atmosférickým oxidem uhličitým, což nakonec vytváří značné usazeniny uhličitanu lithného. U obalů baterií s fosforečnanem lithným (LFP) takové usazeniny nejen narušují strukturální integritu pouzdra, ale také urychlují spotřebu elektrolytu a zvyšují vnitřní impedanci, což vede k trvalému snižování kapacity baterie.

 

 

Kromě samotných chemických reakcí jsou kritickým faktorem ovlivňujícím korozi změny potenciálu pláště. Výzkum ukazuje, že zatímco u zdravého článku je zachován významný potenciálový rozdíl mezi pouzdrem a zápornou elektrodou, u článků podléhajících korozi tento rozdíl klesá téměř k nule. U lithium-iontových článků s hliníkovým pláštěm nízký potenciálový rozdíl často signalizuje poruchu izolačního systému, a tím vytváří podmínky, které umožňují průběh korozní reakce.

 

Z hlediska výroby spočívá klíč k prevenci koroze ve zvýšení spolehlivosti izolace pláště. Výrobní procesy pro hliníková pouzdra musí přísně kontrolovat rozměry elektrod, rozměrové tolerance a umístění sestavy; současně musí být izolace v oblasti poutka zesílena, aby se zabránilo přímému kontaktu mezi zápornou elektrodou a pouzdrem. Kromě toho by měly být zavedeny spolehlivé mechanismy pro monitorování potenciálu obalování a screeningu produktů, aby bylo možné v co nejranější fázi identifikovat buňky s potenciálními riziky.

 

Stručně řečeno, koroze hliníkového pláště je v podstatě komplexní elektrochemický proces řízený abnormálním kontaktem mezi zápornou elektrodou a elektrodouHliníkové pouzdro baterie, který spouští řetězovou reakci zahrnující interkalaci iontů lithia do hliníkového kovu. Jak se vyvíjejí baterie s vysokou -energií-, bude optimalizace materiálů hliníkových obalů, modernizace izolačních struktur a neustálý pokrok v -inspekčních technologiích na lince zásadní pro zvýšení bezpečnosti, spolehlivosti a životnosti lithium-iontových baterií.