리튬 이온 배터리 작업장에서 이슬점을 모니터링하는 이유는 무엇입니까?

이슬점은 수분이 응축되는 온도입니다. 공기 중의 수증기 함량이 변하지 않고 기압이 일정하게 유지될 때, 공기가 포화될 때까지 냉각되는 온도를 이슬점 온도(Td), 줄여서 이슬점이라고 합니다. 수증기와 물이 평형에 도달하는 온도라고도 이해할 수 있습니다. 실제 온도(t)와 이슬점 온도(Td)의 차이는 공기가 포화 상태에 얼마나 가까운지를 나타냅니다. t>Td일 때 공기는 불포화 상태이고, t=Td일 때 포화 상태이며, t<td일 때 과포화 상태이다.

리튬 이온 배터리는 제조 과정에서 환경 습도에 대해 매우 엄격한 요구 사항을 가지고 있습니다. 그 이유는 주로 수분 제어 또는 조대화 제어가 손실되면 전해질에 심각한 악영향을 미치기 때문입니다. 전해질은 리튬 이온 배터리에서 이온 전달의 전달체입니다. 리튬염과 유기용매로 구성되어 있습니다. 이는 리튬 이온 배터리가 고전압 및 높은 비에너지와 같은 이점을 얻는 것을 보장합니다.

과도한 수분은 전해질에 심각한 악영향을 미칩니다.

1. 전해질 열화

전해질은 리튬염과 유기용매로 구성된 배터리 내 이온 전달의 운반체입니다. 전해질은 리튬 배터리의 양극과 음극 사이에서 이온을 전도하는 역할을 하며 리튬 이온 배터리가 고전압 및 높은 비에너지와 같은 이점을 얻을 수 있도록 보장합니다. 배터리 충전 과정에서 습도는 1% 미만이어야 하며, 배터리 내부가 공기와 접촉하지 않도록 충전 후 최대한 빨리 배터리를 밀봉해야 합니다. 수분이 너무 높으면 전해질이 수분과 반응하여 미량의 유해 가스를 생성하여 충전실 환경에 악영향을 미칩니다. 이는 전해질 자체의 품질에도 영향을 미쳐 배터리 성능이 저하됩니다.

2. 배터리 용량 감소

배터리의 수분 함량이 증가할수록 배터리의 1차 방전 용량은 감소합니다. 과도한 수분 함량은 전해질의 유효 성분을 손상시키고 리튬 이온을 소모시켜 배터리 음극에서 리튬 이온의 비가역적인 화학 반응을 유발합니다. 리튬 이온이 소모되면 배터리 용량이 감소합니다.

3. 내부 저항 증가

배터리의 수분 함량이 증가할수록 내부 저항이 증가하는 경향이 있습니다. 배터리 사용 중에는 내부 저항이 작아서 큰 전류 방전이 가능하고 배터리 전력도 높다. 내부 저항이 크면 큰 전류 방전이 불가능하고 배터리 전력이 상대적으로 낮습니다. 과도한 수분 함량은 리튬 배터리의 SEI 필름 품질에 영향을 미치므로 배터리의 내부 저항에 영향을 미칩니다.

4. 배터리 내부의 과도한 압력

물은 전해질의 LiPF6와 반응하여 유해한 가스를 생성합니다. 물이 너무 많으면 배터리 내부의 압력이 증가하여 스트레스를 받아 배터리가 변형됩니다. 휴대폰 배터리라면 부풀어 오른 껍질처럼 보일 것입니다. 내부 압력이 높으면 배터리가 폭발할 위험이 있으며, 폭발로 인해 전해액이 튀어 배터리 조각이 사람에게 쉽게 부상을 입힐 수 있습니다.

5. 배터리 누수

가스를 발생시키는 것 외에도 전해질의 LiPF6는 물과 반응하여 배터리 내부의 금속 부품을 부식시킬 수 있는 부식성이 강한 산인 불산을 생성하여 결국 배터리 누출을 유발합니다. 배터리 누액이 발생하면 배터리 성능이 급격히 떨어지며 전해액도 사용자의 기기를 부식시킵니다.

요약하다:

전해질, 양극재, 음극재는 물에 매우 민감합니다. 배터리의 품질을 보장하려면 작업장과 글러브 박스의 습기를 엄격하게 제어해야 합니다. 특히, 배터리 셀 건조, 전해액 충진, 밀봉 등 일부 핵심 공정은 수분이 전해액에 유입되는 것을 방지하기 위해 1% 미만의 낮은 습도 환경에서 이루어져야 한다. 이때, 습도의 변동을 반영하기 위해서는 이슬점 온도값의 변화가 필요합니다. 일반적으로 이슬점 온도는 -45℃ 이하 또는 더 건조하게 제어해야 합니다.

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