Warum den Taupunkt in der Werkstatt für Lithium-Ionen-Batterien überwachen?

Der Taupunkt ist die Temperatur, bei der Feuchtigkeit kondensiert. Wenn der Wasserdampfgehalt in der Luft unverändert bleibt und der Luftdruck konstant gehalten wird, wird die Temperatur, bei der die Luft bis zur Sättigung abgekühlt ist, als Taupunkttemperatur (Td) oder kurz Taupunkt bezeichnet. Sie kann auch als die Temperatur verstanden werden, bei der Wasserdampf und Wasser ein Gleichgewicht erreichen. Der Unterschied zwischen der tatsächlichen Temperatur (t) und der Taupunkttemperatur (Td) gibt an, wie nahe die Luft an der Sättigung ist. Wenn t>Td ist, ist die Luft ungesättigt, wenn t=Td ist sie gesättigt und wenn t<td ist sie übersättigt.

Lithium-Ionen-Batterien müssen während des Herstellungsprozesses sehr strenge Anforderungen an die Umgebungsfeuchtigkeit erfüllen, vor allem weil ein Verlust der Feuchtigkeits- oder Vergröberungskontrolle schwerwiegende negative Auswirkungen auf den Elektrolyten hat. Der Elektrolyt ist der Träger der Ionenübertragung in Lithium-Ionen-Batterien. Er besteht aus Lithiumsalzen und organischen Lösungsmitteln. Er ist die Garantie dafür, dass Lithium-Ionen-Batterien Vorteile wie hohe Spannung und hohe spezifische Energie erzielen.

Übermäßige Feuchtigkeit hat schwerwiegende negative Auswirkungen auf den Elektrolyten:

1. Elektrolytverschlechterung

Der Elektrolyt ist der Träger der Ionenübertragung in der Batterie und besteht aus Lithiumsalz und organischem Lösungsmittel. Der Elektrolyt leitet Ionen zwischen den positiven und negativen Elektroden der Lithiumbatterie und ist die Garantie dafür, dass die Lithiumionenbatterie Vorteile wie hohe Spannung und hohe spezifische Energie erhält. Während des Batteriefüllvorgangs muss die Luftfeuchtigkeit weniger als 1 % betragen und die Batterie muss nach dem Füllen so schnell wie möglich versiegelt werden, um zu verhindern, dass das Innere der Batterie mit der Luft in Kontakt kommt. Wenn die Feuchtigkeit zu hoch ist, reagiert der Elektrolyt mit der Feuchtigkeit und erzeugt Spuren schädlicher Gase, die sich nachteilig auf die Umgebung des Füllraums auswirken. Dies beeinträchtigt auch die Qualität des Elektrolyts selbst und führt zu einer schlechten Batterieleistung.

2. Die Batteriekapazität nimmt ab

Die erste Entladekapazität der Batterie nimmt mit zunehmendem Wassergehalt in der Batterie ab. Ein zu hoher Wassergehalt schädigt die wirksamen Bestandteile des Elektrolyts und verbraucht Lithiumionen, was zu irreversiblen chemischen Reaktionen der Lithiumionen in der negativen Elektrode der Batterie führt. Wenn Lithiumionen verbraucht werden, verringert sich die Kapazität der Batterie.

3. Erhöhter innerer Widerstand

Mit zunehmendem Wassergehalt der Batterie steigt tendenziell der Innenwiderstand. Während der Verwendung der Batterie ist der Innenwiderstand gering, sodass eine Entladung mit großem Strom durchgeführt werden kann und die Batterieleistung hoch ist. Wenn der Innenwiderstand groß ist, kann keine Entladung mit großem Strom durchgeführt werden und die Batterieleistung ist relativ niedrig. Ein übermäßiger Wassergehalt beeinträchtigt die Qualität des SEI-Films in der Lithiumbatterie und damit den Innenwiderstand der Batterie.

4. Übermäßiger Druck in der Batterie

Wasser reagiert mit LiPF6 im Elektrolyt und erzeugt schädliche Gase. Wenn zu viel Wasser vorhanden ist, steigt der Druck im Inneren der Batterie, wodurch sich die Batterie unter Belastung verformt. Wenn es sich um eine Handybatterie handelt, erscheint sie als gewölbte Hülle. Wenn der Innendruck höher ist, besteht die Gefahr einer Explosion der Batterie. Bei der Explosion spritzt der Elektrolyt und die Batteriefragmente können leicht Personen verletzen.

5. Batterieleck

Zusätzlich zur Gasbildung reagiert das LiPF6 im Elektrolyt mit Wasser zu Flusssäure, einer hochätzenden Säure, die Metallteile im Inneren der Batterie korrodieren kann, was schließlich zum Auslaufen der Batterie führen kann. Wenn die Batterie ausläuft, sinkt die Batterieleistung schnell, und der Elektrolyt korrodiert auch die Maschine des Benutzers.

Zusammenfassen:

Der Elektrolyt sowie das Material der positiven und negativen Elektrode sind sehr wasserempfindlich. Um die Qualität der Batterie zu gewährleisten, muss die Feuchtigkeit in der Werkstatt und im Handschuhfach streng kontrolliert werden. Insbesondere müssen einige wichtige Prozesse wie das Trocknen der Batteriezellen, das Befüllen und Versiegeln des Elektrolyten usw. in einer Umgebung mit geringer Luftfeuchtigkeit von weniger als 1 % durchgeführt werden, um zu verhindern, dass Feuchtigkeit in den Elektrolyten eindringt. Zu diesem Zeitpunkt muss die Änderung des Taupunkttemperaturwerts die Schwankung der Luftfeuchtigkeit widerspiegeln. Im Allgemeinen sollte die Taupunkttemperatur unter -45 °C oder sogar noch trockener gehalten werden.

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