액체 리튬 전지의 3대 고장 현상과 전고체 배트는 어떻게 할 수 있는지 검토

리튬 배터리에서 사이클링 중에 발생하는 부정적인 반응을 조사하여 이러한 반응의 영향을 세 가지 주요 배터리 열화 시나리오로 요약하고 고체 전해질이 열화 현상에 미치는 영향을 관찰할 수 있습니다.

1. 액체 리튬 배터리의 용량 손실

주기 동안 양극과 음극의 부피 팽창 또는 수축으로 인해 SEI 필름은 핵분열을 겪고 계속 성장합니다. SEI 필름의 성장 과정은 활성 리튬을 소모하여 배터리의 전체 용량을 감소시키고 내부 저항을 증가시킵니다. 또한, 충전 시 양극은 고도로 산화된 상태이며 환원 상전이가 발생하기 쉽습니다. 코발트 이온과 같은 골격의 전이 금속은 전해질로 침전되어 음극으로 확산되어 SEI 필름의 추가 성장을 촉진하여 활성 리튬의 소비를 초래합니다. 동시에 양극의 구조로 인해 음극이 손상되면 충전시 음극의 전위가 낮아지고 Li+가 양극에서 확산되어 음극으로 삽입된다. 온도가 너무 낮거나 충전 전류가 너무 높으면 금속 리튬의 삽입 속도가 감소하고 음극에서 직접 석출됩니다. 표면에서는 편광 효과가 더 심합니다. 활성 리튬의 손실을 유발하고 내부 저항을 증가시키는 것 외에도 치명적인 리튬 덴드라이트를 형성하여 장기적으로 내부 단락을 유발합니다.

이론적으로 전고체 전지가 작동하면 이온 자체가 움직이지 않기 때문에 비가역 반응이 줄어들게 된다. 리튬과 전기화학적으로 안정한 고체 전해질을 사용하면 SEI 및 전해질 열화 등의 문제도 늦출 수 있어 충방전 시 리튬 이온 소모를 효과적으로 줄일 수 있다. 용량 감소의 크기는 리튬 덴드라이트의 생성을 감소시키거나 억제할 수 있습니다. 예를 들어, 산화물 전해질에서 가넷 구조의 리튬 란탄 지르코늄 산화물(LLZO)은 화학적 안정성이 우수한 반면, 고체 고분자 전해질은 여전히 리튬염과 고분자 매트릭스로 구성되어 있어 화학적 안정성이 액체와 크게 다르지 않다. 폴리머 전해질.

2. 액체 리튬 전지의 부피 팽창

부피 증가는 주로 충전 중 양극의 높은 산화 상태 때문입니다. 결정 격자의 자유 산소는 침전되기 쉽고 전해질과 함께 산화되어 이산화탄소와 산소를 생성하며 이는 충방전 주기 동안 점진적으로 팽윤을 유발합니다. 전해질의 분해는 전압이 4.35V(삼원계)보다 높거나 고온 환경에서 가속되어 배터리 셀의 지속적인 팽창으로 인해 장치의 구성 요소에 최소한 영향을 미치고 원인이 됩니다. 배터리 셀 구조가 손상되어 화재 및 폭발의 원인이 됩니다.

고체 전해질은 전술한 화학적 안정성으로 인해 양극과 쉽게 산화되지 않아 전해질 분해 및 가스화 속도를 늦출 수 있으며 부피 팽창 정도를 크게 줄일 수 있습니다. 또한 고체 전해질은 분해 없이 5V를 초과하는 전압을 견딜 수 있으므로 내부 직렬 기술은 더 이상 도달할 수 없습니다. 실제로 단일 셀 전압의 증가는 BMS 및 션트의 일부를 절약할 수 있으며 모듈의 에너지 밀도와 비용을 크게 향상시킬 수 있습니다. 이미 10년 넘게 닛산을 비롯한 여러 기업의 연구개발 투자를 유치했지만 고압하에서 전해액이 분해되는 문제를 극복하지 못했다.

3. 액체 리튬 배터리의 열 폭주

열 폭주는 리튬 배터리의 가장 유해하고 예측할 수 없는 위험입니다. 배터리 코어가 외력에 의해 손상되어 단락 또는 내부 단락 또는 과충전이 발생하면 그에 따라 배터리 코어 내부의 온도가 상승합니다. 일단 130℃까지 올라가면 SEI 피막이 분해되기 시작하여 유기전해질이 활성이 높은 양극과 음극에 직접 접촉하게 되므로 많은 분해와 발열반응이 일어나 급격한 온도상승이 일어난다. 및 내부 압력과 많은 양의 가스가 발생하여 배터리의 급격한 팽창을 유발합니다. 임계 온도에 도달하면 양극이 분해되어 더 많은 열 에너지와 산소를 방출하고 여러 요인의 중첩으로 인해 가열, 분해 및 열 방출의 연쇄 반응이 심화되고 마침내 발화 폭발합니다.

원래 150°C 부근에서 다량의 가연성 가스와 열이 발생하기 시작한 고분자 전해질과 분리막을 고온에서 천천히 기화하고 불연성인 고체 전해질로 대체하면 연쇄 반응이 열 폭주를 차단할 수 있습니다. 화재 및 폭발 사고를 피하는 것은 냄비 바닥에서 월급을 끄는 것과 같습니다. 그러나 다른 전해질 시스템의 열 안정성에는 큰 차이가 있습니다. 예를 들어 산화물 세라믹 전해질의 발화점은 1,000도 이상이므로 열 폭주 반응을 완전히 차단할 수 있습니다. 고체 고분자 전해질은 약 280°C에서 분해되기 시작하며 열 안정성이 가장 낮습니다. 지금까지 300°C 이상에서 안정성을 유지하는 고체 폴리머 배터리에 대한 테스트 기록은 없습니다.