EnglishChất điện phân trong pin lithium-ion
Chất điện phân: thành phần hóa học và các dạng vật chất.
Li-ion sử dụng chất điện phân polymer dạng lỏng, gel hoặc khô. Phiên bản lỏng là chất hữu cơ dễ cháy chứ không phải dạng nước, là dung dịch muối lithium trộn dung môi hữu cơ tương tự như ethylene cacbonat. Việc trộn các dung dịch với cacbonat khác nhau mang lại độ dẫn điện cao hơn và mở rộng phạm vi chịu độ. Các muối khác có thể được thêm vào để giảm khí thải và cải thiện chu kỳ nhiệt độ cao.
Li-ion với chất điện phân dạng gel nhận được nhiều chất phụ gia để tăng độ dẫn điện, pin lithium-polymer cũng vậy . Polymer khô thực sự chỉ trở nên dẫn điện ở nhiệt độ cao và loại pin này không còn được sử dụng thương mại nữa. Các chất phụ gia cũng được sử dụng để đạt được tuổi thọ và các đặc tính độc đáo. Công thức được bảo hộ sở hữu trí tuệ và mỗi nhà sản xuất đều có công thức riêng.
Ô-xi hóa chất điện phân (electrolyte oxidation – EO):
Hiện tượng này xảy ra ở cả cathode và anode của pin li-ion. Chất điện phân cần phải ổn định, nhưng trường hợp này không đúng với Li-ion.
Sự hình thành màng SEI trên anode.
Một lớp màng hình thành trên anode được gọi là lớp màng điện phân rắn – solid electrolyte interface (SEI). Lớp này ngăn cách anode với cathode nhưng cho phép các ion đi qua giống như một lớp phân cách, lớp này giúp tăng tính bảo vệ của li-ion. Về bản chất, lớp SEI phải hình thành để pin có thể hoạt động. Lớp màng này ổn định hệ thống và giúp Li-ion có tuổi thọ cao nhưng điều này làm giảm công suất.
Để ngăn màng SEI trở nên quá cứng, các chất phụ gia được trộn với chất điện phân được tiêu thụ trong quá trình hình thành lớp màng SEI. Gần như không để tìm ra sự hiện diện của các phụ gia này khi thực hiện đánh pin đã sản xuất, vì vậy chất này trở thành bí mật thương mại, cả thành phần và lượng sử dụng.
Một chất phụ gia nổi tiếng là vinylene cacbonat (VC). Hóa chất này cải thiện vòng đời của Li-ion, đặc biệt là ở nhiệt độ cao hơn và giữ cho điện trở trong thấp theo thời gian sử dụng và tuổi thọ. VC cũng duy trì màng SEI ổn định trên anode mà không có tác dụng phụ bất lợi nào của quá trình oxy hóa chất điện phân trên cathode. Người ta nói rằng cộng đồng học thuật và nghiên cứu đang tụt hậu so với các nhà sản xuất cell về kiến thức và lựa chọn chất phụ gia, do đó có bí mật lớn.
Đối với hầu hết Li-ion thương mại, lớp SEI sẽ bị phá vỡ nếu nhiệt độ cell là 75–90°C (167–194°F). Loại cell và trạng thái sạc (SoC) là 2 nhân tố chính ảnh hưởng đến việc vỡ SEI ở nhiệt độ cao. Hiện tượng tự làm nóng có thể xảy ra dẫn đến hiện tượng thermal runaway nếu không được làm mát đúng cách.
Sự ô-xi hóa chất điện phân trên cathode
Quá trình oxy hóa chất điện phân cũng xảy ra ở cathode và điều này chính là nguyên nhân làm pin mất dung lượng vĩnh viễn.
Các nghiên cứu khoa học mới về chất điện phân
Tính dễ cháy của pin li-ion có nguyên nhân từ chất điện phân hữu cơ này. Các nhà khoa học hiện đang tìm kiếm giải pháp chất điện phân không cháy bằng cách (1) sử dụng phụ gia và (2) dùng chất điện phân vô cơ.
Tính dễ cháy của chất điện phân Li-ion là mối quan tâm lớn hơn và các thí nghiệm đang được thực hiện để tạo ra chất điện phân không bắt lửa hoặc giảm khả năng cháy bằng chất phụ gia hoặc phát triển chất lỏng ion phi hữu cơ. Cũng có nhiều nghiên cứu để vận hành Li-ion ở nhiệt độ thấp.
Việc chất điện phân khô đi hoặc từ từ chuyển sang dạng rắn chính là hiện tượng lão hóa và giảm hiệu suất của Li-ion. Jeff Dahn , chuyên gia về pin Li-ion và Giáo sư Vật lý, cho biết: “Khi chất lỏng cạn kiệt, pin sẽ chết”. Tính lỏng của chất điện phân là một tiêu chí quan trọng trong việc đánh giá “sức khỏe” – State of Health (SOH) của pin, không chỉ của li-ion mà còn tất cả các loại pin khác.
FAQ
- Tại sao pin lithium-ion dễ cháy?
Nguyên nhân chủ yếu tới từ chất điện phân là muối lithium trộn trong dung môi hữu cơ dễ cháy. Ngoài ra, chất này có được trộn phụ gia (là bí quyết nhà nghề của người sản xuất pin) nhằm tăng khả năng dẫn điện và khoảng nhiệt hoạt động của pin li-ion.
2. Sự chai pin, già pin có nguyên nhân từ đâu?
Chai pin do sử dụng không đúng cách, làm pin mất dung lượng vĩnh viễn do để chất điện phân bị ô xi hóa ở cathode.
