Анализа механизама корозије у литијум-гвозденим ћелијама у алуминијумском{0}}оклопљеном кућишту: повећање безбедности и дуговечности

Са брзим развојем нових енергетских возила, система за складиштење енергије и индустрије потрошачке електронике, захтеви за безбедност, густину енергије и животни век литијум{0}}јонских батерија стално расту. Захваљујући одличној механичкој снази, лаганој природи и супериорним могућностима одвођења топлоте, алуминијумска кућишта су постала кључно решење за паковање многих батерија за складиштење енергије и енергије. Конкретно, алуминијумска кућишта се широко користе у призматичним батеријама, обезбеђујући поуздану структурну заштиту и управљање топлотом за ћелије батерија.

 

У поређењу са ћелијама у торбици и одређеним цилиндричним дизајном батерија, батерије са{0}}алуминијумским кућиштем нуде врхунску отпорност на ударце и стабилност димензија. Посебно у системима батерија великог{2}}капацитета, алуминијумска кућишта ефикасно повећавају укупну крутост ћелија и смањују ризик од деформације изазване спољним механичким стресом током транспорта и рада; сходно томе, они се широко користе у железничком транзиту, складиштењу електричне енергије и апликацијама за нова енергетска возила.

 

У нормалним условима рада, на површини алуминијумског кућишта формира се густ и стабилан слој пасивирања оксида. Овај заштитни филм ефикасно спречава директан контакт између металне подлоге и спољашњег медија, чиме се повећава отпорност на корозију. За алуминијумска кућишта која се користе у ћелијама литијум{2}}полимерских батерија, интегритет овог слоја пасивације је директно повезан са дуготрајном-поузданошћу и веком трајања кућишта батерије.

 

Даља анализа коришћењем енергетске{0}}дисперзивне спектроскопије (ЕДС) открила је да док се нетакнуто кућиште састоји првенствено од алуминијума, кородирана подручја садрже значајне количине кисеоника и угљеника. Ово указује да процес корозије укључује формирање нових производа хемијске реакције и сложене електрохемијске промене.

 

Анализа дифракције рендгенских зрака (КСРД) показала је да се производи корозије углавном састоје од литијум карбоната и мањих количина једињења литијум-алуминијума. Ово сугерише да, под одређеним условима, литијум јони учествују у хемијским реакцијама на површини кућишта. У случају призматичног кућишта литијумских батерија, ако се створи електрична веза између негативне електроде и кућишта, литијум јони могу првенствено мигрирати према кућишту и подвргнути реакцији интеркалације.

 

Механички, метална алуминијумска решетка има структурну конфигурацију која прихвата интеркалацију литијум јона. Када негативна електрода оствари директан контакт са кућиштем, неки литијум јони могу да уђу у алуминијумску решетку и формирају једињења литијум-алуминијума. Како реакција тече, међупродукти као што су литијум оксид и литијум хидроксид формирају се на површини кућишта; ово је примарни разлог зашто кородирани узорци показују изразиту алкалност.

 

Како корозија напредује, ова једињења литијума реагују са атмосферским угљен-диоксидом, стварајући на крају значајне наслаге литијум карбоната. За кућишта батерија од литијум гвожђе-фосфата (ЛФП), такве наслаге не само да угрожавају структурни интегритет кућишта, већ и убрзавају потрошњу електролита и повећавају унутрашњу импедансу, што доводи до континуиране деградације капацитета батерије.

 

 

Осим самих хемијских реакција, промене у потенцијалу кућишта су критични фактор који утиче на корозију. Истраживања показују да док се значајна разлика потенцијала одржава између кућишта и негативне електроде у здравој ћелији, ова разлика пада на скоро нулу у ћелијама које су подвргнуте корозији. За литијум-јонске ћелије са алуминијумским кућиштем, ниска разлика потенцијала често сигнализира квар у изолационом систему, стварајући тако услове који омогућавају да реакција корозије напредује.

 

Из производне перспективе, кључ за спречавање корозије лежи у повећању поузданости изолације кућишта. Процеси производње алуминијумских кућишта морају строго контролисати димензије електрода, толеранције димензија и позиционирање склопа; истовремено, изолациони дизајни у области језичака морају бити ојачани како би се спречио директан контакт између негативне електроде и кућишта. Штавише, треба успоставити робусне механизме за праћење потенцијала омотача и скрининг производа како би се идентификовале ћелије са потенцијалним ризицима у најранијој могућој фази.

 

Укратко, корозија алуминијумског кућишта је у основи сложен електрохемијски процес вођен абнормалним контактом између негативне електроде иАлуминијумско кућиште батерије, што покреће ланчану реакцију која укључује интеркалацију литијум јона у метал алуминијума. Како се батерије високе{1}}енергетске-густине развијају, оптимизација материјала алуминијумског кућишта, надоградња изолационих структура и континуирани напредак у-технологијама инспекције на линији биће од кључне важности за повећање безбедности, поузданости и века трајања литијум{4}}јонских батерија.