Anàlisi dels mecanismes de corrosió a les cèl·lules de ferro de liti amb carcassa d'alumini-: millora de la seguretat i la longevitat

Amb el ràpid desenvolupament del nou vehicle d'energia, el sistema d'emmagatzematge d'energia i les indústries d'electrònica de consum, els requisits de seguretat, densitat d'energia i cicle de vida útil de les bateries d'ions de liti-augmenten constantment. Gràcies a la seva excel·lent resistència mecànica, naturalesa lleugera i capacitats superiors de dissipació de calor, les carcasses d'alumini s'han convertit en una solució d'embalatge clau per a moltes bateries d'emmagatzematge d'energia i energia. En particular, les carcasses d'alumini s'utilitzen àmpliament en bateries d'energia prismàtica, proporcionant una protecció estructural fiable i una gestió tèrmica de les cèl·lules de la bateria.

 

En comparació amb les cèl·lules de bossa i amb certs dissenys de bateries cilíndriques, les bateries d'alumini-ofereixen una resistència als impactes i una estabilitat dimensional superiors. Especialment en sistemes de bateries d'alta-capacitat, les carcasses d'alumini milloren eficaçment la rigidesa general de les cèl·lules i redueixen el risc de deformació causada per l'estrès mecànic extern durant el transport i el funcionament; en conseqüència, s'utilitzen àmpliament en el trànsit ferroviari, l'emmagatzematge d'energia elèctrica i les aplicacions de vehicles d'energia nova.

 

En condicions de funcionament normals, es forma una capa de passivació d'òxids densa i estable a la superfície de la carcassa d'alumini. Aquesta pel·lícula protectora evita eficaçment el contacte directe entre el substrat metàl·lic i els mitjans externs, millorant així la resistència a la corrosió. Per a les carcasses d'alumini que s'utilitzen en cèl·lules de bateries de polímer de liti-, la integritat d'aquesta capa de passivació està directament relacionada amb la fiabilitat i la vida útil a llarg termini-de la carcassa de la bateria.

 

Una anàlisi posterior mitjançant l'espectroscòpia-dispersiva d'energia (EDS) va revelar que, tot i que la carcassa intacta consisteix principalment en alumini, les zones corroïdes contenen quantitats importants d'oxigen i carboni. Això indica que el procés de corrosió implica la formació de nous productes de reaccions químiques i canvis electroquímics complexos.

 

L'anàlisi de -difracció de raigs X (XRD) va demostrar que els productes de corrosió consisteixen principalment en carbonat de liti i quantitats menors de compostos de liti-alumini. Això suggereix que, en condicions específiques, els ions de liti participen en reaccions químiques a la superfície de la carcassa. En el cas de les carcasses de bateries de liti prismàtiques, si es forma una connexió elèctrica entre l'elèctrode negatiu i la carcassa, els ions de liti poden migrar preferentment cap a la carcassa i experimentar una reacció d'intercalació.

 

Mecànicament, la gelosia metàl·lica d'alumini té una configuració estructural que s'adapta a la intercalació d'ions de liti. Quan l'elèctrode negatiu fa contacte directe amb la carcassa, alguns ions de liti poden entrar a la xarxa d'alumini per formar compostos de liti-alumini. A mesura que avança la reacció, es formen productes intermedis com l'òxid de liti i l'hidròxid de liti a la superfície de la carcassa; aquesta és la raó principal per la qual les mostres corroïdes presenten una alcalinitat diferent.

 

A mesura que avança la corrosió, aquests compostos de liti reaccionen amb el diòxid de carboni atmosfèric, produint finalment dipòsits substancials de carbonat de liti. Per a les carcasses de bateries de fosfat de ferro de liti (LFP), aquests dipòsits no només comprometen la integritat estructural de la carcassa, sinó que també acceleren el consum d'electròlits i augmenten la impedància interna, provocant una degradació contínua de la capacitat de la bateria.

 

 

Més enllà de les reaccions químiques en si, els canvis en el potencial de la carcassa són un factor crític que influeix en la corrosió. La investigació indica que, si bé es manté una diferència de potencial significativa entre la carcassa i l'elèctrode negatiu en una cel·la sana, aquesta diferència cau a prop de zero a les cel·les que pateixen corrosió. Per a les cèl·lules d'ions de liti- amb carcassa d'alumini, una diferència de potencial baixa sovint indica una fallada en el sistema d'aïllament, creant així condicions que permeten que la reacció de corrosió progressi.

 

Des del punt de vista de la fabricació, la clau per prevenir la corrosió rau a millorar la fiabilitat de l'aïllament de la carcassa. Els processos de producció de carcasses d'alumini han de controlar estrictament les dimensions dels elèctrodes, les toleràncies dimensionals i el posicionament del conjunt; simultàniament, els dissenys d'aïllament a la zona de la pestanya s'han de reforçar per evitar el contacte directe entre l'elèctrode negatiu i la carcassa. A més, s'han d'establir mecanismes sòlids per controlar el potencial de l'envàs i els productes de cribratge per identificar cèl·lules amb riscos potencials en la fase més primerenca possible.

 

En resum, la corrosió de la carcassa d'alumini és fonamentalment un procés electroquímic complex impulsat per un contacte anormal entre l'elèctrode negatiu i elCarcassa de bateria d'alumini, que desencadena una reacció en cadena que implica la intercalació d'ions de liti en el metall d'alumini. A mesura que evolucionen les bateries d'alta-energia-densitat, l'optimització dels materials de carcassa d'alumini, l'actualització de les estructures d'aïllament i els avenços continuats en les tecnologies d'inspecció en-línia seran crucials per millorar la seguretat, la fiabilitat i la vida útil de les bateries d'ions de liti-.