Alumiiniumist{0}}ümbrisega liitiumraudelementide korrosioonimehhanismide analüüs: ohutuse ja pikaealisuse suurendamine

Uue energiasõiduki, energiasalvestussüsteemi ja olmeelektroonikatööstuse kiire arenguga tõusevad nõuded liitium{0}}ioonakude ohutusele, energiatihedusele ja tööeale pidevalt. Tänu suurepärasele mehaanilisele tugevusele, kergele olemusele ja suurepärasele soojuseraldusvõimele on alumiiniumkestad muutunud paljude võimsus- ja energiasalvestusakude jaoks võtmetähtsusega pakkimislahenduseks. Eelkõige kasutatakse prismapatareides laialdaselt alumiiniumkorpusi, mis pakuvad akuelementidele usaldusväärset konstruktsioonikaitset ja soojusjuhtimist.

 

Võrreldes kottelementide ja teatud silindriliste patareide konstruktsioonidega pakuvad alumiinium-korpusega akud suurepärast löögikindlust ja mõõtmete stabiilsust. Eriti suure-võimsusega akusüsteemides suurendavad alumiiniumkestad tõhusalt elementide üldist jäikust ja vähendavad transpordi ja töö ajal välise mehaanilise pinge põhjustatud deformatsiooniohtu; järelikult kasutatakse neid laialdaselt raudteetransiidis, energiasalvestuses ja uutes energiasõidukites.

 

Tavalistes töötingimustes moodustub alumiiniumkesta pinnale tihe ja stabiilne oksiidne passiveerimiskiht. See kaitsekile takistab tõhusalt otsekontakti metallist aluspinna ja väliskeskkonna vahel, suurendades seeläbi korrosioonikindlust. Liitium-polümeerakuelementides kasutatavate alumiiniumkorpuste puhul on passiveerimiskihi terviklikkus otseselt seotud akukorpuse pikaajalise töökindluse ja tööeaga.

 

Täiendav analüüs energia{0}}dispersiivse spektroskoopia (EDS) abil näitas, et kuigi terve korpus koosneb peamiselt alumiiniumist, sisaldavad korrodeerunud alad märkimisväärses koguses hapnikku ja süsinikku. See näitab, et korrosiooniprotsess hõlmab uute keemiliste reaktsiooniproduktide moodustumist ja keerulisi elektrokeemilisi muutusi.

 

Röntgendifraktsiooni (XRD) analüüs näitas, et korrosiooniproduktid koosnevad peamiselt liitiumkarbonaadist ja vähesel määral liitium-alumiiniumühenditest. See viitab sellele, et teatud tingimustel osalevad liitiumioonid korpuse pinnal toimuvates keemilistes reaktsioonides. Prismaatiliste liitiumakukorpuste korral võivad liitiumioonid eelistatavalt liikuda korpuse poole ja läbida interkalatsioonireaktsiooni, kui negatiivse elektroodi ja korpuse vahele tekib elektriühendus.

 

Mehaaniliselt on alumiiniumist metallvõre struktuurne konfiguratsioon, mis võimaldab liitiumioonide interkalatsiooni. Kui negatiivne elektrood puutub otse kokku korpusega, võivad mõned liitiumioonid siseneda alumiiniumvõre, moodustades liitium-alumiiniumiühendeid. Reaktsiooni kulgedes tekivad vahesaadused, nagu liitiumoksiid ja liitiumhüdroksiid, kesta pinnale; see on peamine põhjus, miks korrodeerunud proovidel on selge leeliselisus.

 

Korrosiooni edenedes reageerivad need liitiumiühendid atmosfääri süsinikdioksiidiga, tekitades lõpuks märkimisväärseid liitiumkarbonaadi ladestusi. Liitiumraudfosfaat (LFP) akukorpuste puhul ei kahjusta sellised sadestused mitte ainult korpuse struktuurilist terviklikkust, vaid kiirendavad ka elektrolüüdi tarbimist ja suurendavad sisemist takistust, mis viib aku mahu pideva vähenemiseni.

 

 

Lisaks keemilistele reaktsioonidele endile on korpuse potentsiaali muutused kriitiliseks teguriks, mis mõjutab korrosiooni. Uuringud näitavad, et kuigi terves rakus säilib märkimisväärne potentsiaalide erinevus kesta ja negatiivse elektroodi vahel, langeb see erinevus korrosiooni all olevates rakkudes nulli lähedale. Alumiiniumkestaga liitium-ioonelementide puhul annab madal potentsiaalide erinevus sageli märku isolatsioonisüsteemi tõrkest, luues seeläbi tingimused, mis võimaldavad korrosioonireaktsioonil edasi areneda.

 

Tootmise seisukohast seisneb korrosiooni vältimise võti korpuse isolatsiooni töökindluse suurendamises. Alumiiniumkorpuste tootmisprotsessid peavad rangelt kontrollima elektroodide mõõtmeid, mõõtmete tolerantse ja koostu paigutust; samaaegselt tuleb tugevdada saki ala isolatsioonikonstruktsioone, et vältida otsest kontakti negatiivse elektroodi ja korpuse vahel. Lisaks tuleks luua tugevad mehhanismid kestade potentsiaali jälgimiseks ja toodete sõelumiseks, et tuvastada võimalikult varajases staadiumis potentsiaalsete riskidega rakud.

 

Kokkuvõtlikult võib öelda, et alumiiniumist korpuse korrosioon on põhimõtteliselt keeruline elektrokeemiline protsess, mille põhjuseks on ebanormaalne kontakt negatiivse elektroodi ja elektroodi vahel.Alumiiniumist aku kest, mis käivitab ahelreaktsiooni, mis hõlmab liitiumioonide interkaleerumist alumiiniummetalli. Suure -energiatihedusega-patareide arenedes on liitium-ioonakude ohutuse, töökindluse ja tööea suurendamisel üliolulised alumiiniumist korpuse materjalide optimeerimine, isolatsioonistruktuuride uuendamine ja pidevad edusammud-liinikontrollitehnoloogiates.