Korozijas mehānismu analīze alumīnija{0}}litija dzelzs elementos: drošības un ilgmūžības uzlabošana

Strauji attīstoties jaunajam enerģijas transportlīdzeklim, enerģijas uzglabāšanas sistēmai un plaša patēriņa elektronikas nozarēm, prasības attiecībā uz litija{0}}jonu akumulatoru drošību, enerģijas blīvumu un cikla kalpošanas laiku nepārtraukti pieaug. Pateicoties lieliskajai mehāniskajai izturībai, vieglajam raksturam un izcilajām siltuma izkliedes spējām, alumīnija apvalki ir kļuvuši par galveno iepakošanas risinājumu daudzām enerģijas un enerģijas uzglabāšanas akumulatoriem. Jo īpaši alumīnija korpusi tiek plaši izmantoti prizmatiskajos jaudas akumulatoros, nodrošinot uzticamu konstrukcijas aizsardzību un siltuma pārvaldību akumulatora elementiem.

 

Salīdzinot ar maisiņu elementiem un noteiktiem cilindrisku akumulatoru dizainiem, alumīnija-korpusa akumulatori nodrošina izcilu triecienizturību un izmēru stabilitāti. Īpaši lielas-jaudas akumulatoru sistēmās alumīnija korpusi efektīvi uzlabo elementu kopējo stingrību un samazina deformācijas risku, ko izraisa ārējs mehānisks spriegums transportēšanas un darbības laikā; līdz ar to tos plaši izmanto dzelzceļa tranzītā, enerģijas glabāšanā un jaunos enerģijas transportlīdzekļos.

 

Normālos ekspluatācijas apstākļos uz alumīnija korpusa virsmas veidojas blīvs un stabils oksīda pasivācijas slānis. Šī aizsargplēve efektīvi novērš tiešu kontaktu starp metāla pamatni un ārējo vidi, tādējādi uzlabojot izturību pret koroziju. Alumīnija korpusiem, ko izmanto litija -polimēru akumulatoru elementos, šī pasivācijas slāņa integritāte ir tieši saistīta ar akumulatora korpusa ilgtermiņa uzticamību un kalpošanas laiku.

 

Papildu analīze, izmantojot enerģijas{0}}dispersīvo spektroskopiju (EDS), atklāja, ka, lai gan neskartais apvalks galvenokārt sastāv no alumīnija, korozijas apgabali satur ievērojamu daudzumu skābekļa un oglekļa. Tas norāda, ka korozijas process ietver jaunu ķīmisko reakciju produktu veidošanos un sarežģītas elektroķīmiskās izmaiņas.

 

Rentgenstaru difrakcijas (XRD) analīze parādīja, ka korozijas produkti galvenokārt sastāv no litija karbonāta un nelielā daudzumā litija -alumīnija savienojumu. Tas liek domāt, ka īpašos apstākļos litija joni piedalās ķīmiskās reakcijās uz korpusa virsmas. Prizmatisku litija bateriju korpusu gadījumā, ja starp negatīvo elektrodu un korpusu veidojas elektrisks savienojums, litija joni var migrēt uz korpusu un iziet interkalācijas reakciju.

 

Mehāniski alumīnija metāla režģim ir strukturāla konfigurācija, kas nodrošina litija jonu interkalāciju. Kad negatīvais elektrods nonāk tiešā saskarē ar korpusu, daži litija joni var iekļūt alumīnija režģī, veidojot litija{1}}alumīnija savienojumus. Reakcijai turpinoties, uz apvalka virsmas veidojas starpprodukti, piemēram, litija oksīds un litija hidroksīds; tas ir galvenais iemesls, kāpēc korodētajiem paraugiem ir izteikta sārmainība.

 

Korozijai progresējot, šie litija savienojumi reaģē ar atmosfēras oglekļa dioksīdu, galu galā veidojot ievērojamas litija karbonāta nogulsnes. Litija dzelzs fosfāta (LFP) akumulatoru korpusiem šādas nogulsnes ne tikai apdraud korpusa strukturālo integritāti, bet arī paātrina elektrolīta patēriņu un palielina iekšējo pretestību, izraisot nepārtrauktu akumulatora jaudas samazināšanos.

 

 

Papildus pašām ķīmiskajām reakcijām korpusa potenciāla izmaiņas ir kritisks faktors, kas ietekmē koroziju. Pētījumi liecina, ka, lai gan veselā šūnā saglabājas ievērojama potenciālu atšķirība starp apvalku un negatīvo elektrodu, šī atšķirība samazinās līdz nullei, ja šūnās notiek korozija. Litija -jonu elementiem ar alumīnija apvalku zema potenciālu atšķirība bieži norāda uz izolācijas sistēmas kļūmi, tādējādi radot apstākļus, kas ļauj progresēt korozijas reakcijai.

 

No ražošanas viedokļa galvenais, lai novērstu koroziju, ir korpusa izolācijas uzticamības uzlabošana. Alumīnija korpusu ražošanas procesos stingri jākontrolē elektrodu izmēri, izmēru pielaides un montāžas pozicionēšana; vienlaikus ir jāpastiprina izolācijas konstrukcijas cilnes zonā, lai novērstu tiešu kontaktu starp negatīvo elektrodu un korpusu. Turklāt būtu jāizveido spēcīgi mehānismi apvalku potenciāla un skrīninga produktu uzraudzībai, lai pēc iespējas agrākā stadijā identificētu šūnas, kurām ir potenciāls risks.

 

Rezumējot, alumīnija korpusa korozija būtībā ir sarežģīts elektroķīmisks process, ko izraisa neparasts kontakts starp negatīvo elektrodu unAlumīnija akumulatora korpuss, kas izraisa ķēdes reakciju, kas ietver litija jonu interkalāciju alumīnija metālā. Attīstoties augsta-enerģijas-blīvuma akumulatoriem, alumīnija korpusa materiālu optimizācija, izolācijas konstrukciju modernizācija un nepārtraukta sasniegumi-līnijas pārbaudes tehnoloģijās būs ļoti svarīgas, lai palielinātu litija-jonu akumulatoru drošību, uzticamību un kalpošanas laiku.