Tæringarkerfi, bilunarstillingar og kerfisbundnar verndaraðferðir fyrir ál-húðaðar litíum-jónarafhlöður

Tæring rafhlöðuhylkja úr áli er fyrst og fremst flokkuð í tvær tegundir: ytri tæringu og innri tæringu. Ytri tæring stafar af útsetningu rafhlöðunnar fyrir ætandi efnum-eins og sýrum og basa (td regnvatni eða hreinsiefnum)-við geymslu eða notkun, sem beinlínis eyðir yfirborði álhlífarinnar. Innri tæring er aftur á móti skaðlegri og hugsanlega hættulegri; Rót orsök þess liggur í innlimun litíums í álbygginguna við sérstakar rafefnafræðilegar aðstæður. Þegar möguleiki álhlífarinnar lækkar í milli 0,2 og 0,4 V (á móti Li/Li⁺), blandast Li⁺ jónir inn í álkristalgrindurnar til að mynda millimálmblöndur eins og LiAl og Li₃Al₂.

Þetta ferli veldur þenslu og sprungu grindar, sem að lokum veldur því að álið duftist, missir málmgljáa og myndar gljúpt tæringarlag. Þetta niðurbrotsferli kemur venjulega af stað vegna skammhlaups fyrir slysni milli neikvæða rafskautsins og álhlífarinnar.

Til þess að innri tæring eigi sér stað verða þrjú skilyrði að vera uppfyllt samtímis: tilvist rafeindabrautar, jónaferils og ætandi möguleika. Þar af er jónaferillinn (sem kemur frá raflausninni) óhjákvæmilegur; Þess vegna eru að loka rafeindabrautinni og stjórna hugsanlegum mismun kjarnaaðferðirnar til að koma í veg fyrir tæringu. Í stöðluðum hönnun tryggir álhlíf prismatískrar rafhlöðuhólfs algjöra rafeinangrun milli neikvæða rafskautsins og hlífarinnar með því að nota einangrunarefni (eins og einangrunarfilmur eða topp-hlífarþéttingar).

Hins vegar, ef neikvæða rafskautið kemst í snertingu við innri vegg hlífarinnar-hvort sem það er vegna framleiðslugalla (td of langra rafskautsflipa, tilfærð einangrunarlím eða lélegrar vafningar) eða ytri vélrænna skemmda- mun spennan á milli neikvæða rafskautsins og hlífarinnar nálgast nauðsynlega 0 litíum-tæring við innfellingu. Tilraunarannsóknir hafa sýnt að í kjölfar nokkurra hleðslu-afhleðslulota sýna slíkar rafhlöður í hættu oft göt og raflausnsleka í grennd við sprengiþétta-lokann.

Jafnframt felur utanaðkomandi skammhlaup í för með sér jafnmikla áhættu. Ef ytra yfirborð rafhlöðuhlífarinnar kemur á leiðandi leið til neikvæðu skautsins-vegna raflausnarleifa eða snertingar við ytri málmhluti (eins og prófunarbúnað eða víra)- getur það á sama hátt lækkað hlífðarspennuna niður í ætandi möguleikasviðið. Rannsóknir benda til þess að rafhlöður með upphafsspennu hlífarinnar 1–2 V, þegar þær verða fyrir hleðslu-afhleðslulotum eftir að gervi skammhlaup er komið á með neikvæðu skautinu, sýni fljótt merki um tæringu á hlíf. Á rafhlöðupakkastigi (PACK), ef álhlífar á aðliggjandi einstökum frumum komast í rafmagnssnertingu, breytir það hugsanlega dreifingu yfir alla raðrásina. Þetta getur valdið því að hlífðarspenna einstakra frumna lækkar óeðlilega lágt-eða jafnvel verði neikvæð-og veldur þar með staðbundinni tæringu. Til dæmis, í þriggja-klefa rafhlöðupakka, getur skammhlaup á milli álhylkja fyrstu og síðustu frumunnar valdið því að spenna hlífar endaklefans lækkar í -1,5 V, og flýtir þar með fyrir bilun hennar.

Ekki má heldur líta framhjá umhverfisþáttum. Ef ál-rafhlaða hönnuð fyrir ný orkutæki er sökkt í veikt súrt vatn (pH ≈ 5) er erfitt að endurheimta hlífðarspennuna að fullu, jafnvel eftir þurrkun. Ef hleðslu- og afhleðslulotur halda áfram í þessu hættuástandi, hraðar tæringarhraðinn verulega. Þetta gerist vegna þess að nærvera raka kynnir fleiri jónaleiðir, á meðan óhreinindi jónir hvata rafefnafræðileg viðbrögð. Meira krítískt, við aðstæður með lága hlífðarspennu, getur málmlitíum sett beint á yfirborð álhlífarinnar og aukið enn frekar á tæringu á málmblöndu.

Áhrif tæringar á afköst rafhlöðunnar sýna seinkuð áhrif. Á upphafsfasanum (td fyrstu 400 lotunum) virðist afkastagetuhald endurhlaðanlegu ál-hlífðar rafhlöðunnar óaðgreinanlegt frá venjulegri, ótærðri einingu; Hins vegar, þegar líður á hjólreiðar, er virkt litíum stöðugt neytt í litíumhvörfunum sem eiga sér stað við álhlífina, sem leiðir til óafturkræfs taps á virku efni við bakskautið. Eftir 1.500 lotur getur afkastagetu varðveislu tærðrar rafhlöðu lækkað úr 88% niður í allt að 60%. Hvað varðar afköst hraða, sést enginn marktækur munur við losunarhraða undir 5C; Hins vegar, við háan afhleðsluhraða sem fer yfir 10C, eykst innra viðnám tærðu rafhlöðunnar, sem leiðir til verulegrar rýrnunar á frammistöðu.