Пассивирование литиевых батарей

Что такое пассивация литиевых батарей?

Пассивирование - это явление, влияющее на литиевые батареи. Обычно пассивирование представляет собой тонкую пленку хлорида лития (LiCl), которая образуется на поверхности литиевого анода. Хлорид лития представляет собой пленочный слой с высоким сопротивлением между электродами. Эта пленка служит защитой литиевого анода от самостоятельной разрядки, когда нагрузка снимается вне элемента. Эта пленка хлорида лития является причиной того, что литиевые батареи имеют длительный срок хранения, который может составлять более десяти лет.

Пассивация может вызвать задержку напряжения при нагрузке на элемент.

Каковы характеристики пассивации литиевых батарей?

Пассивация имеет уникальные характеристики в литиевых батареях. Ученые изучили эти характеристики и разделили их на четыре аспекта.

· Поляризация, вызванная пассивирующим слоем.

· Долгосрочная, низкая скорость разряда.

· Химия пассивирующего литиевого слоя.

· Кинетика роста пассивирующего слоя.

При исследовании поляризации было показано, что за начальной поляризацией (задержкой напряжения) в некоторых случаях следовала другая «вторичная» поляризация.

Изучая влияние длительной низкой скорости разряда на литиевую батарею, было обнаружено, что низкая скорость разряда изменяет пассивирующий слой лития. Это изменение привело к увеличению скорости коррозии лития, что уменьшило емкость элемента.

Также было отмечено, что деградация тем больше, чем выше температура.

Изучение химии и кинетики пассивирующих литиевых слоев показало некоторые отличительные результаты. Было отмечено, что в тонком слое образовался первый «первичный слой», отвечающий за пассивацию. Еще один более толстый пористый слой образовался позже в первом слое. Этот вторичный слой образовался за счет частичного разряда. Это произошло в результате осаждения продуктов коррозии лития. Было обнаружено, что он содержит такие соединения, как Li2S2O4, Li2S2O5 и Li2SnO6, где n всегда больше двух.

Первый «первичный» слой отвечает за задержку начального напряжения в ячейке (поляризацию) под нагрузкой. В то время как второй пористый слой отвечает за создание второй поляризации, которая препятствует высокоскоростному разряду.

Когда на элемент накладывается нагрузка, пассивирующий слой с высоким сопротивлением вызывает падение напряжения на элементе. Реакция разряда медленно воздействует на удаление этого пассивирующего слоя, и при этом внутреннее сопротивление ячейки снижается. Этот процесс приводит к тому, что напряжение ячейки достигает нового желаемого пикового значения, которое остается постоянным, если не происходит никаких других изменений.

При снятии нагрузки снова образуется пассивирующий слой.

Помните, что высокие нагрузки на литиевые элементы могут вызвать увеличение задержки напряжения, что приведет к увеличению пассивирования.

Вообще говоря, пассивация не влияет на большинство пользователей литиевых батарей. Однако есть определенные аспекты, при которых пассивация может вызвать проблемы или даже привести к летальному исходу. Вот почему всегда лучше всего проконсультироваться с производителем аккумулятора.

Каковы эффекты пассивации литиевых батарей?

Пассивация важна для литиевых батарей. Без него нельзя хранить литиевые батареи. Это потому, что хлорид лития, образующийся на поверхности, очень компактен, что предотвращает дальнейшую реакцию лития и тионилхлорида. Это сводит к минимуму саморазряд внутри батареи. Таким образом, срок хранения литиевой батареи может составлять более десяти лет. Подводя итог предыдущему, пассивация может защитить емкость аккумулятора, одновременно защищая аккумулятор от потери емкости.

Есть также некоторые нежелательные эффекты пассивации, такие как:

· Когда вы пытаетесь использовать литиевую батарею, хранившуюся некоторое время, начальное рабочее напряжение батареи будет низким. Более того, чтобы это напряжение достигло необходимого значения, потребуется некоторое время. Это явление называется «пассивацией напряжения».

· Пассивация не влияет на приложения, в которых не требуется большого изменения тока. Однако для приложений, требующих больших изменений или случайных изменений тока, пассивация является фатальным дефектом в этой системе.

· Пассивация может привести к большой потере емкости и снижению коэффициента использования батареи, если она не используется более 6 месяцев. Вот почему использование аккумулятора каждые три-шесть месяцев сохраняет его работоспособность и коэффициент использования достигает 90%.

Слой пассивирования, сформированный в литиевых батареях, можно поддерживать как минимум за счет применения либо непрерывного слабого тока, либо периодического сильноточного разряда во время хранения батареи. Однако этот процесс сократит ожидаемый срок хранения батареи.

Для приложений, требующих длительного хранения аккумуляторов, таких как система вооружения и система связи. В таких случаях аккумулятор можно активировать каждые шесть месяцев; пассивация напряжения может быть решена.

Для литий-тионилхлоридных батарей в них происходит пассивация при хранении. Для этих типов батарей их необходимо активировать перед использованием «процесса депассивации».

Процесс депассивации должен сопровождаться следующим:

Нагрузка для депассивации должна быть в два раза больше рабочего тока.

Время депассивации зависит от времени хранения батареи:

· 15 секунд для аккумулятора, который хранится три месяца.

· 30 секунд для батареи, которая хранится шесть месяцев.

60 секунд для батареи, которая хранится двенадцать месяцев.