01. Tác hại của độ ẩm đối với pin lithium
1. Pin bị phồng và rò rỉ
Nếu hàm lượng nước của pin lithium-ion quá nhiều, nó sẽ phản ứng hóa học với muối lithium trong chất điện phân và tạo ra HF:
H2O + LiPF6 → POF3 + LiF + 2HF
Axit flohydric (HF) là một loại axit có tính ăn mòn cao, có tác dụng phá hủy hiệu suất của pin:
HF sẽ ăn mòn các bộ phận kim loại bên trong pin, vỏ pin và seal, cuối cùng sẽ khiến pin bị vỡ, rò rỉ.
HF làm hỏng màng SEI (Giao diện điện phân rắn) bên trong pin, phản ứng với các thành phần chính của màng SEI:
ROCO2Li + HF → ROCO2H + LiF
Li2CO3 + 2HF → H2CO3 + 2LiF
Cuối cùng, lượng mưa LiF được tạo ra bên trong pin, do đó các ion lithium trong tấm âm của pin phản ứng hóa học không thể đảo ngược, tiêu thụ các ion lithium hoạt động, năng lượng của pin bị giảm.
Khi đủ nước, khí sinh ra sẽ nhiều hơn, áp suất bên trong pin sẽ lớn hơn, điều này sẽ khiến pin bị căng và biến dạng, có thể xuất hiện những nguy hiểm như pin bị phồng, rò rỉ.
Tình trạng phồng pin và nắp cốp gặp phải khi sử dụng điện thoại di động hoặc các sản phẩm điện tử kỹ thuật số trên thị trường chủ yếu là do độ ẩm bên trong cao và độ phồng sinh khí của pin lithium.
2. Điện trở trong của pin tăng
Điện trở trong của pin là một trong những thông số hiệu suất quan trọng nhất của pin và là dấu hiệu chính để đo độ khó truyền ion và điện tử bên trong pin, ảnh hưởng trực tiếp đến tuổi thọ và trạng thái hoạt động của pin. Điện trở trong càng nhỏ thì điện áp mà pin chiếm giữ càng ít khi phóng điện và năng lượng tỏa ra càng nhiều.
Khi hàm lượng nước tăng lên, sự kết tủa POF3 và LiF sẽ xảy ra trên bề mặt màng SEI của pin (Giao diện điện phân rắn), làm hỏng mật độ và tính đồng nhất của màng SEI, dẫn đến điện trở trong của pin tăng dần và khả năng xả của pin giảm liên tục.
3. Vòng đời rút ngắn
Hàm lượng nước quá lớn làm phá hủy màng SEI của pin, điện trở trong tăng dần, dung lượng xả của pin ngày càng nhỏ, mỗi lần sạc đầy pin sau khi sử dụng pin cũng ngày càng ngắn lại, Bình thường, pin có thể được sử dụng để sạc, số lần xả (chu kỳ) sẽ tự nhiên ít đi, thời gian sử dụng (tuổi thọ) của pin sẽ bị rút ngắn.
02. Nguồn nước trong sản xuất pin lithium
Trong quá trình sản xuất pin lithium, nguồn nước có thể được chia thành các khía cạnh sau:
1. Nước do nguyên liệu đưa vào
1.1 vật liệu điện cực dương và âm: các hoạt chất dương và âm là các hạt micron và nano, có thể dễ dàng hấp thụ nước trong không khí; Đặc biệt, vật liệu catốt bậc ba hoặc nhị phân có hàm lượng Ni (niken) cao có diện tích bề mặt riêng lớn, bề mặt vật liệu dễ hấp thụ nước và phản ứng. Sau khi phủ, nếu độ ẩm môi trường bảo quản lớn thì lớp phủ bề mặt của màng cực cũng sẽ nhanh chóng hút ẩm trong không khí.
1.2 Chất điện phân: thành phần dung môi trong chất điện phân sẽ phản ứng hóa học với các phân tử nước; Muối lithium hòa tan trong chất điện phân cũng dễ hấp thụ nước và trải qua các phản ứng hóa học; Như vậy sẽ có một lượng nước nhất định trong quá trình điện phân; Nếu thời gian bảo quản chất điện phân quá dài hoặc nhiệt độ môi trường bảo quản quá cao thì hàm lượng nước trong chất điện phân sẽ tăng lên.
1.3 Dải phân cách: Dải phân cách là một màng nhựa xốp (chất liệu PP/PE), khả năng hút nước của nó cũng rất lớn.
2. Nước thêm vào quá trình nghiền điện cực
Quá trình nghiền âm sẽ thêm nước vào khuấy đều với nguyên liệu thô rồi phủ lên nên bản thân tấm âm bản chính là nước. Trong quá trình phủ tiếp theo, mặc dù có gia nhiệt và sấy khô nhưng vẫn có một phần nước đáng kể bị hấp phụ bên trong lớp phủ của tấm điện cực.
3. Độ ẩm môi trường nhà xưởng
3.1 Độ ẩm trong không khí trong xưởng Độ ẩm trong không khí thường được đo bằng độ ẩm tương đối. Độ ẩm tương đối thay đổi rất nhiều theo các mùa và thời tiết khác nhau. Độ ẩm không khí vào mùa xuân hè tương đối lớn (trên 60%), không khí vào mùa thu đông tương đối khô và độ ẩm tương đối nhỏ (dưới 40%). Độ ẩm không khí cao hơn vào những ngày mưa và thấp hơn vào những ngày nắng. Vì vậy độ ẩm không khí khác nhau thì hàm lượng nước trong không khí cũng khác nhau:
3.2 Nước do cơ thể con người tạo ra (mồ hôi của con người, hơi thở thở ra, nước sau khi rửa tay)
3.3 Độ ẩm do các vật liệu và giấy tờ phụ trợ khác nhau (thùng carton, giẻ lau, báo cáo) mang lại
03. Kiểm soát nước trong quá trình sản xuất pin lithium
1. Kiểm soát chặt chẽ độ ẩm môi trường xưởng sản xuất
1.1 Khuấy đồng nhất trong xưởng sản xuất điện cực, độ ẩm tương đối là ≦ 10%;
1.2 Lớp phủ (đầu, đuôi), độ ẩm điểm sương cuộn ≤ -10oC DP trong xưởng sản xuất điện cực;
1.3 Xưởng sản xuất điện cực cắt, độ ẩm tương đối 10%;
1.4 Xưởng cán, cuộn, lắp ráp, độ ẩm điểm sương ≦-35oC DP
1.5. Phun pin, niêm phong, độ ẩm điểm sương ≤ -45oC DP.
2. Kiểm soát chặt chẽ cơ thể người và độ ẩm bên ngoài đưa vào xưởng
2.1 Quản lý tuân thủ hoạt động:
-- Khi vào xưởng sấy phải thay quần áo, đội mũ, thay giày và đeo khẩu trang;
- Cấm chạm vào các tấm điện cực và pin điện bằng tay trần;
2.2 Quản lý độ ẩm của vật liệu phụ:
-- Nghiêm cấm mang thùng carton vào xưởng sấy;
-- Giấy dán và tấm nhận dạng trong phòng sấy phải được dán kín bằng nhựa;
- Cấm lau sàn bằng nước trong phòng sấy.
3. Kiểm soát chặt chẽ thời gian bảo quản và tiếp xúc của tấm điện cực
3.1 Quản lý kho bảo quản ở độ ẩm thấp:
-- Các tấm điện cực đã cán và cắt phải được bảo quản ở môi trường có độ ẩm thấp trong vòng 30 phút (≦-35oC DP)
-- Các tấm điện cực đã nướng và chưa chế tạo phải được hút bụi để bảo quản (≦-95kpa)
3.2 Quản lý thời gian phơi sáng:
-- Sau khi nướng, sản xuất, cuộn dây, đóng gói, phun chất lỏng, niêm phong phải được hoàn thành trong vòng 72h (độ ẩm điểm sương của xưởng ≤ -35oC)
3.3 Quản lý nhập trước xuất trước:
- Việc sử dụng tấm điện cực phải tuân theo nguyên tắc nhập trước xuất trước tức là sử dụng lô hàng trước; Nướng trước, sử dụng trước.
4. Kiểm soát chặt chẽ quá trình nướng tấm điện cực và dải phân cách
4.1 Trước khi sử dụng, tấm điện cực và dải phân cách phải được nướng trước khi sử dụng;
4.2 Nếu tấm điện cực và dải phân cách không thể được nung trước khi sản xuất và cuộn dây thì tế bào phải được nung trước khi phun chất lỏng;
4.3 Trong quá trình nướng tấm điện cực hoặc pin, phải theo dõi chặt chẽ các thông số của lò (nhiệt độ, thời gian, độ chân không);
4.4 Nhiệt độ lò và độ chân không phải được kiểm tra thường xuyên để đảm bảo độ chính xác.
5. Kiểm tra và kiểm soát hàm lượng nước
5.1 Tấm điện cực, tấm phân cách (hoặc pin), chất điện phân phải kiểm tra hàm lượng nước, đủ tiêu chuẩn để bơm chất lỏng;
5.2 Phương pháp thử nghiệm: lấy mẫu theo quy định; Dùng máy đo độ ẩm Karl Fischer để đo;
5.3 Tiêu chuẩn đánh giá hàm lượng nước:
- hàm lượng nước của tấm điện cực ≦ 200ppm (kiểm soát trước ≦ 150ppm)
- Hàm lượng nước phân tách ≦ 600ppm
- Hàm lượng nước điện giải ≦ 20ppm
Tóm lại, trong quy trình sản xuất pin lithium, việc kiểm soát độ ẩm của độ ẩm môi trường, thời gian bảo quản và tiếp xúc của điện cực, quá trình nung của điện cực và thiết bị phân tách, thời hạn hiệu lực của chất điện phân, kiểm tra hàm lượng nước và các khía cạnh khác đều rất cần thiết, một khi mất kiểm soát sẽ dẫn đến những khiếm khuyết nghiêm trọng về hiệu suất của pin lô và hậu quả là rất nghiêm trọng!
Vì vậy, dù là nhân viên quản lý, nhân viên sản xuất, nhân viên kiểm tra chất lượng, hãy nâng cao nhận thức về việc kiểm soát nước ắc quy, luôn tuân thủ nghiêm ngặt các quy định của quy trình, đảm bảo nước ắc quy luôn ở trạng thái được kiểm soát và đủ tiêu chuẩn!
