流動電池電解液的衰老機制

流動電池電解液的衰老機制

§1B

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第一部分電解液組分分解.....................................................2

第二部分過度充放電導致活性物質(zhì)損失........................................4

第三部分電極腐蝕和析出.....................................................7

第四部分水分和氣體滲透.....................................................9

第五部分污染物積累........................................................12

第六部分電解液粘度變化....................................................14

第七部分電解液熱穩(wěn)定性降低...............................................16

第八部分機械應力誘發(fā)電解液降解...........................................19

第一部分電解液組分分解

電解液組分分解

電解液組分分解是流動電池衰老的主要機制之一，涉及到電解液中的

活性物質(zhì)、溶劑和添加劑隨著時間的推移而分解。

活性物質(zhì)分解

活性物質(zhì)在電解液中發(fā)生分解，導致其電化學活性降低和容量衰減。

常見的分解途徑包括：

*過渡金屬離子溶解：過渡金屬離子（例如銳、鐵、鋅）在電解液中

可以溶解，形成不穩(wěn)定的絡合物。這些絡合物進一步分解，導致金屬

離子析出或形成不可溶沉淀。

*聚合物化：有機活性物質(zhì)（例如聚硫化物、喳琳）在充放電過程中

會發(fā)生聚合反應。聚合物分子團變大，擴散性降低，導致電化學活性

下降。

*氧化還原分解：活性物質(zhì)在電解液中受到氧化或還原反應的影響，

形成不可逆的分解產(chǎn)物。例如，水中鋅離子在充電過程中氧化形成ZnO

沉淀，不可逆地降低鋅活性。

溶劑分解

電解液溶劑在電化學過程中也會分解。常見的分解途徑包括：

*電解分解：電解液中的水或有機溶劑在電極表面發(fā)生電解分解，生

成氫氣、氧氣或其他分解產(chǎn)物。

*自由基反應：充放電過程中產(chǎn)生的自由基與溶劑分子發(fā)生反應，導

致溶劑鏈斷裂或其他分解反應。

*熱分解：高工作溫度下，溶劑會發(fā)生熱分解，產(chǎn)生揮發(fā)性化合物和

殘留物。

添加劑分解

電解液中添加的添加劑（如離子導電鹽、穩(wěn)定劑、表面活性劑）也會

隨著時間的推移而分解。這些分解反應會影響電解液的導電性、穩(wěn)定

性和界面性質(zhì)。常見的分解途徑包括：

*離子導電鹽分解：離子導電鹽（例如LiPF6、LiBF4）在電解液中水

解，生成HF等腐蝕性物質(zhì)。

*穩(wěn)定劑分解：穩(wěn)定劑（例如DMC、FEC）在充放電過程中發(fā)生氧化或

分解，失去穩(wěn)定活性物質(zhì)的作用。

*表面活性劑分解：表面活性劑（例如PEG）在界面處吸附后，會發(fā)

生氧化或電化學分解，失去調(diào)節(jié)電極表面親水性的作用。

分解產(chǎn)物的影響

電解液組分分解產(chǎn)生的產(chǎn)物會對電池性能產(chǎn)生負面影響：

*容量衰減：分解產(chǎn)物會覆蓋電極表面，阻礙離子傳輸和電化學反應,

導致容量衰減。

*導電性下降：分解產(chǎn)物會降低電解液導電性，增加電池內(nèi)阻。

*腐蝕：分解產(chǎn)物中的一些成分具有腐蝕性，會腐蝕電極和電池其他

部件。

*安全隱患：某些分解產(chǎn)物（如氫氣、氧氣）會增加電池安全隱患,

引發(fā)失控反應或爆炸。

緩解措施

為了緩解電解液組分分解，可以采取以下措施：

*優(yōu)化電解液組分：選擇化學穩(wěn)定性高的活性物質(zhì)、溶劑和添加劑,

并優(yōu)化其濃度和比例。

*添加抑制劑：添加抑制劑抑制電解液組分分解，例如添加抗氧化劑

抑制自由基反應。

*改進電池設計：采用隔膜、電極涂層等措施，降低電解液組分分解

的速率。

*優(yōu)化充放電條件：控制充放電電壓、電流和溫度，降低電解液分解

的風險。

*定期維護和更換電解液：通過定期維護和更換電解液，清除分解產(chǎn)

物和恢復電解液性能。

第二部分過度充放電導致活性物質(zhì)損失

關鍵詞關鍵要點

過充放電導致活性物質(zhì)損失

1.活性物質(zhì)溶解：過充放電會導致電極電位升高，活性物

質(zhì)表面的氧化還原反應加速，產(chǎn)生可溶性的金屬離子或配

離子，導致活性物質(zhì)溶解流失。

2.電極腐蝕：過充放電會產(chǎn)生過量的氧氣或氫氣，這些氣

體與電極材料發(fā)生電化學反應，導致電極腐蝕和活性物質(zhì)

脫落。

3.電極表面鈍化：過充放電過程中，活性物質(zhì)表面會形成

一層氧化物或其他鈍化膜，阻礙電解液中的離子擴散，降低

反應效率，造成活性物質(zhì)損失。

其他導致活性物質(zhì)損失的因

素1.副反應：電解液中存在水分或雜質(zhì)時，，會發(fā)生副反應，

消耗活性物質(zhì)并產(chǎn)生有害物質(zhì)。

2.溫度影響：溫度升高會加速活性物質(zhì)的溶解和電極腐蝕，

導致活性物質(zhì)損失。

3.機械應力：電極充放電過程中產(chǎn)生的體積變化會導致機

械應力，造成活性物質(zhì)脫落或破碎。

過度充放電導致活性物質(zhì)損失

過度充放電是流動電池電解液衰老的主要機制之一。電極在極化的過

程中，活性物質(zhì)會發(fā)生不可逆的化學反應，導致活性物質(zhì)的損失。

正極活性物質(zhì)損失

在過充條件下，正極上的活性物質(zhì)被過氧化，形成高價態(tài)的金屬氧化

物，降低了電極的比容量。例如，在銳氧化還原電池中，V(1V)在過

度充電時被氧化為V(V),從而導致正極容量的下降。

負極活性物質(zhì)損失

在過放電條件下，負極上的活性物質(zhì)被還原，形成低價態(tài)的金屬，導

致電極的比容量下降。例如，在鋅溪化物目池中，鋅在過度放電時被

還原為鋅粉，從而導致負極容量的下降。

活性物質(zhì)溶解

過度充放電會導致電解液中活性物質(zhì)的溶解度增加。溶解的活性物質(zhì)

會遷移到電池的其他區(qū)域，并在電極表面重新沉積，形成枝晶或沉著

物，阻礙電解液的流動和電極的性能。

電極鈍化

過度充放電會促進電極表面的鈍化，形成一層鈍化層，阻礙電極反應

的進行。例如，在新氧化還原電池中，過充會導致正極表面形成一層

V205鈍化層，降低電池的充放電效率。

容量損失

活性物質(zhì)的損失和電極鈍化會導致電池容量的不可逆下降。電池的容

量衰減率與過充放電的程度有關，程度越嚴重，容量衰減越快。

相關研究

大量研究表明，過度充放電會對流動電池電解液造成嚴重的衰老。例

如：

*在一項研究中，V(TV)/V(V)電解液在過充條件下循環(huán)200次

后，容量下降了約20%o

*在另一項研究中，鋅澳化物電解液在過放電條件下循環(huán)50次后,

容量下降了約15%c

影響因素

活性物質(zhì)損失的程度受以下因素影響：

*過度充放電的程度

*電解液的組成

*電極的結(jié)構(gòu)和材料

*充放電速率

*溫度

緩解措施

為了緩解過度充放電導致的活性物質(zhì)損失，可以采取以下措施：

*優(yōu)化充放電控制策略，避免過充和過放電

*選擇具有高穩(wěn)定性的電極材料

*改進電解液組成，降低活性物質(zhì)的溶解度

*優(yōu)化電極結(jié)構(gòu)，減少活性物質(zhì)的暴露面積

*采用低溫充放電條件

第三部分電極腐蝕和析出

電極腐蝕和析出

電極腐蝕

流動電池電解液中的電極材料在電化學反應過程中容易發(fā)生腐蝕，從

而降低電池性能。電極腐蝕的機制主要有乂下幾種：

*均勻腐蝕：電極表面發(fā)生均勻的溶解，導致電極材料的逐漸損耗。

*晶間腐蝕：電解液中的離子沿著晶界滲透進入電極，導致晶界處的

腐蝕。

*點蝕：電極表面形成局部陽極區(qū)和陰極區(qū)，導致陽極區(qū)優(yōu)先溶解,

形成腐蝕坑。

*應力腐蝕開裂：目極材料在應力作用下，與電解液發(fā)生反應，導致

裂紋的產(chǎn)生和擴展。

電極析出

在電化學反應過程中，某些電解液成分可能會在電極表面析出，形成

沉積物。電極析出主要有以下幾種機制：

*金屬離子析出：電解液中的金屬離子在電極表面還原析出，形戌金

屬沉積物。

*水解析出：電解液中的水分在電極表面分解，析出氫氣和氧氣。

*氧化物析出：電極表面氧化，形成氧化物沉積物。

*有機物析出：電解液中的有機雜質(zhì)在電極表面析出，形成有機沉積

物。

電極腐蝕和析出的影響

電極腐蝕和析出會對電池性能產(chǎn)生以下影響：

*降低電極活性：腐蝕和析出導致電極表面活性位點的減少，降低電

極催化能力。

*增加電極阻抗：沉積物覆蓋電極表面，增加電流通過電極的阻抗,

導致電池內(nèi)阻增加C

*降低電池容量：腐蝕導致電極材料損耗，析出物覆蓋電極表面，減

少了可參與電化學反應的電極面積，降低電池容量。

*影響電池穩(wěn)定性：電極腐蝕和析出會破壞電極結(jié)構(gòu)，導致電池循環(huán)

壽命縮短。

電極腐蝕和析出的抑制措施

為了抑制電極腐蝕和析出，可以采取以下措施：

*優(yōu)化電極材料：選擇耐腐蝕性好的電極對料，如碳基材料、金屬氧

化物和聚合物。

*優(yōu)化電解液組成：調(diào)節(jié)電解液的pH值、添加緩蝕劑和穩(wěn)定劑，抑

制電極腐蝕。

*控制電極表面溫度：通過冷卻或加熱系統(tǒng)，控制電極表面溫度，減

少析出物的形成。

*優(yōu)化電化學過程：優(yōu)化充電和放電電流密度、電壓范圍和掃描速率,

減少電極腐蝕和析出。

*定期維護和清洗：定期更換電解液、清洗電極和系統(tǒng)，清除析出物

和腐蝕產(chǎn)物。

電極腐蝕和析出的研究進展

電極腐蝕和析出是流動電池領域的研究熱點。近年來，研究人員重點

關注以下幾個方面：

*新型電極材料的開發(fā)：探索和開發(fā)具有高耐腐蝕性和電化學活性的

電極材料。

*電解液優(yōu)化：研究電解液的組成、pH值而添加劑的影響，以抑制電

極腐蝕和析出。

*電化學過程優(yōu)化：通過微調(diào)充電和放電參數(shù)，優(yōu)化電極表面反應,

減少腐蝕和析出。

*表面表征技術：利用先進的表征技術，如掃描電子顯微鏡和X射線

衍射，研究電極腐蝕和析出的微觀機制。

*建模和計算：建立電極腐蝕和析出模型，預測和優(yōu)化電池性能。

隨著研究的深入，對電極腐蝕和析出機制的理解不斷加深，有力推進

了流動電池技術的進步和應用。

第四部分水分和氣體滲透

關鍵詞關鍵要點

水分滲透

1.滲透原理：水分沿著濃度梯度從電解液濃區(qū)滲透到稀區(qū)，

導致電解液濃度不均勻，進而影響電池性能。

2.影響因素：電解液濃度差、膜材料的選擇性和完整性、

溫度和壓力都會影響水分滲透速率。

3.后果：水分滲透會導致電解液濃度發(fā)生變化，影響電池

電勢、容量和循環(huán)壽命。

氣體滲透

1.氣體種類：常見的滲透氣體包括氧氣、氫氣和二氧化碳。

2.影響因素：膜材料的透氣性和選擇性、溫度和壓力等都

會影響氣體滲透速率。

3.后果：氣體滲透會導致電池內(nèi)產(chǎn)生氣泡，影響電池性能，

嚴重時甚至可能導致電池失效。

水分和氣體滲透

水分和氣體滲透是流動電池電解液衰老的主要機制之一。滲透過程會

破壞電解液的完整性，導致電池性能下降。

水分滲透

水分滲透是指水分從電解液中逸出或進入電解液的過程。水分滲透可

以通過以下途徑發(fā)生：

*離子交換膜（IEM）缺陷：IEM具有選擇性地允許離子通過的功能，

但它也可能滲透水分。IEM中的缺陷，如孔隙或裂紋，可以提供水分

滲透的途徑。

*電池殼體密封不嚴：電池殼體應密封以防止水分進入或逸出。然而，

密封不嚴或損壞的電池殼體可能允許水分滲透。

*電解液降解：電解液降解會導致生成水和其他氣體。這些氣體可以

溶解在電解液中或逸出電解液，從而導致水分滲透。

水分滲透的影響：

*活性物質(zhì)溶解度降低：水分滲透會稀釋電解液，從而降低活性物質(zhì)

的溶解度。當活性物質(zhì)的濃度低于臨界值時，電池容量和功率會下降。

*離子電導率降低：水分滲透會增加電解液的粘度，從而阻礙離子的

傳導。這會導致電池內(nèi)阻增加，從而導致電壓下降和功率損失。

*腐蝕：水分會腐蝕電池中的金屬部件，如集流體和電極。腐蝕會增

加電池內(nèi)阻，縮短電池壽命。

氣體滲透

氣體滲透是指氣體從電解液中逸出或進入電解液的過程。氣體滲透可

以通過以下途徑發(fā)生：

*電極反應：電極反應訶以產(chǎn)生氣體，如氧氣或氫氣。這些氣體可以

溶解在電解液中或逸出電解液。

*電解液分解：電解液分解會導致生成水和其他氣體。這些氣體可以

溶解在電解液中或逸出電解液。

*電池殼體密封不嚴：電池殼體應密封以防止氣體進入或逸出。然而,

密封不嚴或損壞的電池殼體可能允許氣體滲透。

氣體滲透的影響：

*活性物質(zhì)鈍化：氣體，如氧氣，會鈍化活性物質(zhì)表面，從而降低活

性物質(zhì)的電化學活性。這會導致電池容量和功率下降。

*電解液劣化：氣體，如氧氣或氫氣，會降解電解液，導致電解液性

能下降。

*電池內(nèi)壓升高：氣體積聚會導致電池內(nèi)壓升高。高壓可能會損壞電

池殼體或其他部件，造成安全隱患。

減緩水分和氣體滲透的措施

可以采取以下措施來減緩水分和氣體滲透：

*優(yōu)化IEM性能：使用具有低水分滲透率的IEM,并確保TEM完整無

損。

*加強電池殼體密封：使用密封性良好的電池殼體，并定期檢查密封

件是否有損壞。

*控制電解液溫度：高溫度會加速水分和氣體滲透?？刂齐娊庖簻囟?/p>

有助于減緩滲透過程。

*添加抗?jié)B透劑：向電解液中添加抗?jié)B透劑可以降低電解液的滲透率。

*優(yōu)化充放電條件：優(yōu)化充放電條件可以減少電解液降解和氣體生成。

第五部分污染物積累

關鍵詞關鍵要點

【污染物積累】：

1.過渡金屬離子：來自電解液分解、電極腐蝕或其他雜質(zhì)

引入。它們會催化自由基反應，增加液態(tài)電解質(zhì)的粘度和

阻抗，影響電化學反應。

2.有機雜質(zhì)：主要來自電極表面析出的不可逆產(chǎn)物、溶劑

分解或電解液添加劑。它們會堵塞電極孔隙，降低電極反

應活性，影響電解液性能。

3.無機雜質(zhì)：如鹽離子、硅化物和氟化物。它們會改變電

極表面性質(zhì)，影響離子遷移，降低電解液導電性。

【污染物積累】：

污染物積累

流動電池電解液在長期循環(huán)過程中會積累各種污染物，這些污染物主

要來自以下途徑：

1.電極腐蝕：電解液中的活性物質(zhì)與電極材料發(fā)生電化學反應，生

成腐蝕產(chǎn)物。如鉛酸蓄電池正極的氧化鉛(PbO2)與電解液中的硫酸

反應生成硫酸鉛(PbS04),沉積在正極表面。

2.隔膜滲漏：隔膜損壞或電解液泄漏會導致不同電解液體系混合，

生成雜質(zhì)。如鈉離子電池電解液中的碳酸乙烯酯(EC)與鋰離子電池

電解液中的六氟磷酸鋰（LiPF6）反應生成LiPF6?EC,降低電解液的

電導率。

3.外部環(huán)境污染：電解液與外部環(huán)境接觸時，可能被水分、氧氣或

其他雜質(zhì)污染。如空氣中的二氧化碳溶解在電解液中，形成碳酸根離

子，與金屬離子反應生成不溶性碳酸鹽沉定。

污染物積累對流動電池電解液的性能產(chǎn)生以下影響：

1.降低電解液電極電位：雜質(zhì)會與活性物質(zhì)競爭電極表面，降低電

極電位，導致電池容量下降。

2.增加內(nèi)阻：沉積在電極表面的污染物會增加電解液與電極之間的

阻抗，導致電池內(nèi)阻升高，影響充放電效率。

3.加速電池衰減：雜質(zhì)的存在會促進電極腐蝕和隔膜滲漏，加速電

池容量衰減。

污染物積累的控制策略

為了抑制污染物積累，可以采取以下措施：

1.優(yōu)化電極材料：選擇耐腐蝕和不易生成沉淀物的電極材料。

2.優(yōu)化隔膜性能：提高隔膜的抗?jié)B漏性，防止電解液泄漏和雜質(zhì)混

入。

3.控制循環(huán)條件：優(yōu)化充放電電流密度、電壓范圍和溫度，減少電

極腐蝕和雜質(zhì)生成C

4.添加添加劑：在電解液中加入抗氧化劑或抑制劑，抑制電極腐蝕

和雜質(zhì)生成。

5.定期維護：定期檢查和更換電解液，清洗電極和隔膜，防止污染

物積累。

通過采取這些措施，可以有效抑制流動電池電解液中的污染物積累,

延長電池壽命和提高電池性能。

第六部分電解液粘度變化

關鍵詞關鍵要點

【電解液粘度變化】

1.電解液的粘度是由溶液中粒子的尺寸、形狀和相互作用

決定的。在流動電池中，電解液中存在著溶劑分子、離子、

電活性物種和添加劑。這些粒子的相互作用和濃度變化會

影響電解液的粘度。

2.電解液粘度的變化會影響流動電池的性能。粘度高的電

解液流動緩慢，會增加電池的內(nèi)阻和壓降，從而降低電池

的充放電效率。同時，高粘度的電解液也會阻礙電活性物

質(zhì)的傳質(zhì)，影響電池的反應速率。

3.影響電解液粘度的因素包括溫度、濃度和添加劑。溫度

升高會導致電解液粘度下降，濃度升高會導致粘度增加。

某些添加劑可以通過改變電解液的結(jié)構(gòu)或相互作用來降低

粘度。

【電解液降解】

流動電池電解液粘度變化

流動電池電解液的粘度是影響電池性能的重要參數(shù)之一。電解液的粘

度會隨著充放電循環(huán)次數(shù)的增加而發(fā)生變化，這種變化與電解液的衰

老密切相關。

影響粘度變化的因素

流動電池電解液粘度變化受多種因素影響，包括：

*電解質(zhì)濃度變化：電解質(zhì)濃度的變化會直接影響電解液的粘度。隨

著電解質(zhì)濃度的增加，電解液的粘度一般會增加。

*溶劑組成變化：溶劑組成的變化也會影響電解液的粘度。一般來說，

極性溶劑的粘度比非極性溶劑高。

*添加劑的影響：為了改善電解液的性能，通常會添加一些添加劑。

這些添加劑會與電解質(zhì)和溶劑發(fā)生相互作用，從而影響電解液的粘度。

*電極材料的影響：電極材料表面會吸附電解液中的離子，從而導致

電解液粘度的變化C

*溫度影響：溫度升高會降低電解液的粘度。

粘度變化的影響

電解液粘度變化對流動電池的性能有以下影響：

*泵送效率：粘度較高的電解液流動阻力較大，需要更大的泵送功率。

*電極反應動力學：粘度較高的電解液會阻礙反應物的擴散，從而降

低電極反應的動力學性能。

*電池內(nèi)阻：粘度較高的電解液會增加電池內(nèi)阻，導致電池電壓降低。

*流場分布：粘度較高的電解液流場分布不均勻，容易形成局部過充

電或放電現(xiàn)象。

粘度變化的檢測

電解液粘度變化可以通過以下方法檢測：

*粘度計：通過測量電解液流過粘度計的時間來確定其粘度.

*旋轉(zhuǎn)流變儀：通過測量施加剪切力時電解液的變形來確定其粘度。

*在線粘度傳感器：可以實時監(jiān)測流動電池中的電解液粘度。

粘度變化的管理

為了管理流動電池電解液的粘度變化，可以采取以下措施：

*優(yōu)化電解液組成：通過優(yōu)化電解質(zhì)濃度、溶劑組成和添加劑的種類

和用量，可以降低電解液粘度。

*控制溫度：保持電池工作溫度在合理的范圍內(nèi)，可以降低電解液粘

度。

*在線粘度監(jiān)測：通過在線粘度監(jiān)測，可以及時發(fā)現(xiàn)電解液粘度異常,

并及時采取措施。

*添加粘度調(diào)節(jié)劑：添加一些粘度調(diào)節(jié)劑可以降低電解液粘度，但需

要考慮其對電池其他性能的影響。

通過綜合考慮上述因素，可以有效管理流動電池電解液的粘度變化,

從而優(yōu)化電池性能和延長電池壽命。

第七部分電解液熱穩(wěn)定性降低

關鍵詞關鍵要點

【電解液熱分解】

1.高溫下，電解質(zhì)陰陽離子之間相互作用增強，導致熱分

解反應。

2.熱分解反應產(chǎn)生氣體產(chǎn)物，如H2、02和C02,導致電

解液體積膨脹和壓強大。

3.氣體產(chǎn)物會腐蝕電極和隔膜，降低電池性能和壽命。

【溶劑熱解】

流動電池電解液熱穩(wěn)定性降低：衰老機制

引言

流動電池電解液在電池循環(huán)使用過程中不可避免地會經(jīng)歷衰老，而電

解液熱穩(wěn)定性的降低是其主要的衰老機制之一。電解液熱穩(wěn)定性是指

電解液抵抗熱分解和產(chǎn)生氣體的能力，熱穩(wěn)定性降低意味著電解液更

容易在高溫下分解，從而產(chǎn)生氣體并導致電池性能下降。

電解液熱分解路徑

電解液的熱分解是一個復雜的化學過程，涉及多種反應路徑。常見的

分解路徑包括：

*溶劑分解：電解液中的溶劑（如水、有機碳酸酯）在高溫下可分解

成小分子，如二氧化碳和一氧化碳。

*電解質(zhì)分解：電解液中的電解質(zhì)（如鹽類）在高溫下可分解成金屬

氧化物和酸。

*離子分解：電解液中的陽離子（如鋰離子）和陰離子（如帆離子）

在高溫下可分解成金屬或氣體。

影響電解液熱穩(wěn)定性的因素

影響電解液熱穩(wěn)定性的因素主要包括：

*電解液組成：不同的電解液成分具有不同的熱穩(wěn)定性。例如，含水

電解液比非水電解液的熱穩(wěn)定性差。

*溫度：溫度升高會加速電解液的分解反應。

?雜質(zhì)：電解液中的雜質(zhì)，如金屬離子或有機雜質(zhì)，會催化電解液的

分解反應。

*其他因素：電解液的濃度、pH值和溶解氧含量等因素也會影響其

熱穩(wěn)定性。

熱穩(wěn)定性降低的影響

電解液熱穩(wěn)定性降低對流動電池的影響主要包括：

*氣體產(chǎn)生：電解液分解會產(chǎn)生氣體，這些氣體會聚集在電池內(nèi)部,

導致電池內(nèi)壓升高和電池容量下降。

*電解液消耗：電解液分解會消耗電解液中的活性成分，導致電解液

濃度降低和電池容量下降。

*電極腐蝕：電解液分解產(chǎn)生的氣體和分解產(chǎn)物會腐蝕電池電極，導

致電池性能下降和壽命縮短。

*安全隱患：氣體產(chǎn)生和電解液消耗會增加電池的安全隱患，如電池

漏液或爆炸。

減緩電解液熱穩(wěn)定性降低的策略

為了減緩電解液熱穩(wěn)定性降低，可以采取乂下策略：

*優(yōu)化電解液組成：選擇熱穩(wěn)定性高的溶劑和電解質(zhì)，并加入熱穩(wěn)定

劑。

*控制溫度：避免電池在高溫環(huán)境下運行，并采用適當?shù)睦鋮s措施。

*去除雜質(zhì)：通過過濾或其他方法去除電解液中的雜質(zhì)。

*優(yōu)化電池設計：采用合適的隔膜和電極材料，減小電池內(nèi)部的熱量

積累。

*電池管理系統(tǒng)：通過電池管理系統(tǒng)監(jiān)控電池溫度和電解液

COCTOHHUe,并及時采取措施防止電解液熱穩(wěn)定性降低。

結(jié)論

電解液熱穩(wěn)定性降低是流動電池電解液衰老的主要機制之一，它會導

致氣體產(chǎn)生、電解液消耗、電極腐蝕和安全隱患。通過優(yōu)化電解液組

成、控制溫度和采取其他措施，可以減緩可解液熱穩(wěn)定性降低，延長

電池壽命并提高電池安全性。

第八部分機械應力誘發(fā)電解液降解

關鍵詞關鍵要點

剪切力誘導電解液分解

1.電解液在流動電池中循環(huán)過程中會承受剪切力，導致分

子鏈斷裂和電解液降解。

2.剪切力的大小和持續(xù)時間影響電解液降解的程度，更高

的剪切力導致更快的降解。

3.剪切力誘導的電解液降解會降低電池的容量、效率和使

用壽命。

彎曲應力導致電解液破裂

1.電解液流動通過管道和電池組件時會經(jīng)歷彎曲必力，導

致電解液膜破裂和暴露到空氣中。

2.空氣中的氧氣會與電解液反應，產(chǎn)生自由基并加速電解

液降解。

3.彎曲必力誘導的電解液破裂會增加電解液消耗和電池失

效率。

振動引起的電解液不穩(wěn)定

1.流動電池在操作過程中會產(chǎn)生振動，導致電解液內(nèi)部產(chǎn)

生湍流和氣泡。

2.湍流和氣泡會破壞電解液的均勻性，加速電解液成分的

沉降和降解。

3.振動引起的電解液不穩(wěn)定會影響電池的性能和穩(wěn)定性。

溫度梯度下的電解液應力

1.流動電池中不同的區(qū)域存在溫度梯度，導致電解液膨脹

和收縮，產(chǎn)生內(nèi)部應力。

2.溫度梯度引起的應力會加速電解液膜的破裂和電解液降

解。

3.溫度梯度下的電解液應力會影響電池的安全性。

濃度梯度引起的電解液近移

1.流動電池中電解液成分的濃度分布不均勻，導致電解液

成分遷移。

2.電解液成分的遷移會破壞電解液的均勻性，加速電解液

降解和容量損失。

3.濃度梯度引起的電解液遷移會降低電池的性能和使用壽

命。

化學反應引起的電解液老化

1.電解液中的活性成分會與電池組件、電解液添加劑和其

他雜質(zhì)發(fā)生化學反應，產(chǎn)生副產(chǎn)物和加速電解液降解。

2.化學反應引起的電解液老化會降低電池的效率、容量和

使用壽命。

3.了解電解液中發(fā)生的叱學反應對于設計和優(yōu)化流動電池

至關重要。

機械應力誘發(fā)電解液降解

在流動電池系統(tǒng)中，電解液在泵送和循環(huán)過程中不可避免地會受到各

種形式的機械應力，包括剪切力、湍流和壓力波動。這些應力會影響

電解液的穩(wěn)定性并加速其降解過程。

剪切力

剪切力是電解液流動時相鄰層之間的摩擦力。在流動電池中，剪切力

通常通過泵送和循環(huán)過程施加。當剪切力過大時，它會導致電解液中

電化學活性物種的分子鍵斷裂，從而降低其穩(wěn)定性。

湍流

湍流是一種流體的無序和不規(guī)則運動。在流動電池中，湍流通常發(fā)生

在電解液流經(jīng)狹窄通道或障礙物時。湍流會導致電解液中形成局部高

剪切應力區(qū)域，加速電解液分子的降解。

壓力波動

壓力波動是電解液流動過程中壓力的突然變化。在流動電池中，壓力

波動通常由泵的啟動和停止或管路的堵塞引起。壓力波動會導致電解

液中形成氣泡和空穴，從而破壞電解液的均勻性并促進其降解。

電解液降解的影響

機械應力誘發(fā)的電解液降解會對流動電池的性能產(chǎn)生多種負面影響:

*容量衰減：降解的電解液中含有較少電化學活性物種，從而導致電

池容量的下降。

*功率衰減：電解液降解后，其電解質(zhì)導電性降低，導致電池輸出功

率的下降。

*循環(huán)壽命縮短：降解的電解液會加速電池電極材料的腐蝕，從而縮

短電池的循環(huán)壽命C

*安全性降低：降解的電解液可能變得不穩(wěn)定或易燃，從而降低電池

的安全性。

減輕機械應力誘發(fā)電解液降解的方法

有幾種方法可以減輕機械應力誘發(fā)的電解液降解：

*優(yōu)化電池設計：通過優(yōu)化流道設計和減少湍流區(qū)域，可以降低電解

液所受的剪切力和湍流。

*采用低剪切應力泵：選擇低剪切應力泵可以最大限度地減少電解液

的剪切降解。

*控制壓力波動：通過使用緩沖罐或其他措施，可以控制電解液流動

過程中的壓力波動0

*添加穩(wěn)定劑：向電解液中添加穩(wěn)定劑可以增強其抗剪切力、湍流和

壓力波動的能力。

*使用高穩(wěn)定性電解液：開發(fā)和使用具有高內(nèi)在穩(wěn)定性的電解液可以

耐受機械應力的影響。

研究進展

近年來，針對機械應力誘發(fā)電解液降解的研究取得了顯著進展。研究

人員已開發(fā)出各種方法來表征和減輕這種降解。例如，電化學阻抗光

譜(EIS)和拉曼光譜已被用于研究剪切力對電解液結(jié)構(gòu)和組成變化

的影響。此外，開發(fā)了計算模型來模擬電解液在流動條件下的剪切行

為。這些研究為深入了解機械應力誘發(fā)電解液降解的機制以及開發(fā)緩

解策略提供了valuableinsightSo

結(jié)論

機械應力誘發(fā)的電解液降解是流動電池系統(tǒng)中電解液面臨的主要挑

戰(zhàn)之一。了解這種降解的機制至關重要，以便開發(fā)策略來減輕其影響。

通過優(yōu)化電池設計、使用低剪切應力泵、控制壓力波動、添加穩(wěn)定劑

和使用高穩(wěn)定性電解液，可以顯著延長流動電池的壽命和可靠性。隨

著研究的不斷深入，有望進一步開發(fā)出更有效的緩解策略，從而加速

流動電池技術的商業(yè)化進程。

關鍵詞關鍵要點

主題名稱：電解液溶劑分解

關鍵要點：

1.流動電池電解液中常用的溶劑(如水、有

機碳酸酯）在高溫、高電壓條件下會發(fā)生分

解，產(chǎn)生副產(chǎn)物（如氫氣、氧氣、二氧化碳）。

2.溶劑分解會導致電解液性能下降，如導

電率降低、粘度增加、穩(wěn)定性變差等，影響

電池的充放電循環(huán)壽命。

3.緩解放劑或添加劑可以抑制溶劑分解，

提高電解液的穩(wěn)定性。

主題名稱：電解液鹽類分解

關鍵要點：

1.流動電池電解液中使用的鹽類（如鋰鹽、

帆鹽）在電化學反應過程中會發(fā)生分解，產(chǎn)

生金屬沉積或其他副產(chǎn)物。

2.鹽類分解會導致電極表面鈍化、電池容