Analyse van corrosiemechanismen in aluminium-Lithium-ijzercellen met behuizing: verbetering van de veiligheid en levensduur

Met de snelle ontwikkeling van nieuwe energievoertuigen, energieopslagsystemen en consumentenelektronica-industrieën stijgen de eisen voor de veiligheid, energiedichtheid en levensduur van lithium-ionbatterijen voortdurend. Dankzij hun uitstekende mechanische sterkte, lichtgewicht karakter en superieure warmteafvoermogelijkheden zijn aluminium behuizingen een belangrijke verpakkingsoplossing geworden voor veel stroom- en energieopslagbatterijen. Met name aluminium behuizingen worden veel gebruikt in prismatische energiebatterijen, waardoor een betrouwbare structurele bescherming en thermisch beheer van de batterijcellen wordt geboden.

 

Vergeleken met buidelcellen en bepaalde cilindrische batterijontwerpen bieden batterijen met aluminium-behuizing superieure schokbestendigheid en dimensionale stabiliteit. Vooral bij batterijsystemen met hoge capaciteit- verbeteren aluminium behuizingen effectief de algehele stijfheid van de cellen en verminderen ze het risico op vervorming veroorzaakt door externe mechanische spanning tijdens transport en gebruik; bijgevolg worden ze op grote schaal gebruikt in het spoorvervoer, de opslag van energie-energie en toepassingen voor nieuwe energievoertuigen.

 

Onder normale bedrijfsomstandigheden vormt zich op het oppervlak van de aluminium behuizing een dichte en stabiele oxidepassiveringslaag. Deze beschermende film voorkomt effectief direct contact tussen het metalen substraat en externe media, waardoor de corrosieweerstand wordt verbeterd. Voor aluminium behuizingen die worden gebruikt in lithium-polymeerbatterijcellen, is de integriteit van deze passivatielaag rechtstreeks gekoppeld aan de lange- betrouwbaarheid en levensduur van de batterijbehuizing.

 

Verdere analyse met behulp van energie{0}}dispersieve spectroscopie (EDS) bracht aan het licht dat, hoewel de intacte behuizing voornamelijk uit aluminium bestaat, de gecorrodeerde gebieden aanzienlijke hoeveelheden zuurstof en koolstof bevatten. Dit geeft aan dat het corrosieproces de vorming van nieuwe chemische reactieproducten en complexe elektrochemische veranderingen met zich meebrengt.

 

Uit röntgendiffractieanalyse (XRD) bleek dat de corrosieproducten hoofdzakelijk uit lithiumcarbonaat en kleine hoeveelheden lithium-aluminiumverbindingen bestaan. Dit suggereert dat lithiumionen onder specifieke omstandigheden deelnemen aan chemische reacties op het oppervlak van de behuizing. In het geval van prismatische behuizingen van lithiumbatterijen kunnen, als er een elektrische verbinding ontstaat tussen de negatieve elektrode en de behuizing, lithiumionen bij voorkeur naar de behuizing migreren en een intercalatiereactie ondergaan.

 

Mechanistisch gezien bezit het aluminiummetaalrooster een structurele configuratie die lithiumionintercalatie mogelijk maakt. Wanneer de negatieve elektrode direct contact maakt met de behuizing, kunnen sommige lithiumionen het aluminiumrooster binnendringen en lithium-aluminiumverbindingen vormen. Naarmate de reactie vordert, vormen zich tussenproducten zoals lithiumoxide en lithiumhydroxide op het oppervlak van de behuizing; dit is een van de belangrijkste redenen waarom de gecorrodeerde monsters een duidelijke alkaliteit vertonen.

 

Naarmate de corrosie vordert, reageren deze lithiumverbindingen met koolstofdioxide uit de atmosfeer, waardoor uiteindelijk aanzienlijke lithiumcarbonaatafzettingen ontstaan. Bij lithium-ijzerfosfaat (LFP)-batterijbehuizingen brengen dergelijke afzettingen niet alleen de structurele integriteit van de behuizing in gevaar, maar versnellen ze ook het elektrolytverbruik en verhogen ze de interne impedantie, wat leidt tot een voortdurende achteruitgang van de batterijcapaciteit.

 

 

Naast de chemische reacties zelf zijn veranderingen in het potentieel van de behuizing een kritische factor die corrosie beïnvloedt. Onderzoek wijst uit dat hoewel er in een gezonde cel een aanzienlijk potentiaalverschil blijft bestaan ​​tussen de behuizing en de negatieve elektrode, dit verschil in cellen die corrosie ondergaan tot bijna nul daalt. Bij lithium{2}}-ioncellen met een aluminium behuizing duidt een laag potentiaalverschil vaak op een storing in het isolatiesysteem, waardoor omstandigheden ontstaan ​​waarin de corrosiereactie zich kan voortzetten.

 

Vanuit productieperspectief ligt de sleutel tot het voorkomen van corrosie in het verbeteren van de betrouwbaarheid van de isolatie van de behuizing. Productieprocessen voor aluminium behuizingen moeten de afmetingen van de elektrode, de maattoleranties en de positionering van de assemblage strikt controleren; Tegelijkertijd moeten de isolatieontwerpen in het lipgebied worden versterkt om direct contact tussen de negatieve elektrode en de behuizing te voorkomen. Bovendien moeten robuuste mechanismen voor het monitoren van het potentieel van darmen en het screenen van producten worden opgezet om cellen met potentiële risico's in een zo vroeg mogelijk stadium te identificeren.

 

Samenvattend is corrosie van de aluminium behuizing in wezen een complex elektrochemisch proces dat wordt aangedreven door abnormaal contact tussen de negatieve elektrode en deAluminium batterijbehuizing, wat een kettingreactie veroorzaakt waarbij lithiumionen in het aluminiummetaal worden geïntercaleerd. Naarmate accu's met een hoge-energie- zich ontwikkelen, zullen de optimalisatie van aluminium behuizingsmaterialen, de verbetering van isolatiestructuren en de voortdurende vooruitgang in-inline-inspectietechnologieën van cruciaal belang zijn voor het verbeteren van de veiligheid, betrouwbaarheid en levensduur van lithium-ion-accu's.