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锂离子电池中析锂的原因

发布时间:2022-03-31 15:34:03浏览:999来源:

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  从大方向来看,锂离子电池产生锂离子的原因可分为五类:负极储量不足导致析锂;充电机理引起的锂析出;锂插入路径异常导致析锂;主料异常导致析锂;因特殊原因在固定位置析出锂。下面针对以上五类原因对析锂的具体原因进行说明。

  1、负极余量不足导致锂离子电池析锂

  充电过程中锂离子从正极脱嵌后,必然有归宿。一般来说,目的是嵌入负极,但是当负极过多,负极嵌入的锂离子比正极脱嵌的锂离子少时,锂离子只能在负极上析出。负极表面。负极不足是锂析出最常见的原因。

  根据负极过剩的位置不够,可细分为以下三组析锂:

  (1) 常规负极析锂过多

  当负极过量和不足时,锂离子从正极脱嵌后没有足够的空间到达负极,因此只能形成金属锂并在负极表面析出。由于负极的过量一般是均匀的,正极脱嵌的锂离子也均匀分布到负极,所以负极过量引起的锂析出也是均匀的层,锂的严重程度降水还不够。过量和缺乏程度密切相关,过量和缺乏程度越高,析锂越严重。

  (2) 阴阳面析锂

  当电芯的正极一侧有厚涂层或负极一侧有轻涂层时,会导致负极两侧有锂沉积,而另一侧没有锂沉积,即俗称阴阳面。沉积锂的阴阳侧电池一侧的界面与负极过量和锂沉积不足完全一致,而另一侧则呈金黄色(以石墨负极为例)。

  (3)正极头包覆不减薄形成锂

  如果在涂敷时正极头不减薄,则正极头位置的修整可能会较厚,这会造成对应于负极头的过剩和不足,从而导致负极头条带状。锂沉淀。

  2.充电器制造不当的锂离子电池锂沉积

  由于锂析出发生在充电阶段,因此充电机理的改变也必然是析锂的原因之一。下面列出了由于充电机制导致锂析出的几种情况:

  (1) 低温充电析锂

  锂沉积低温充电的原因是低温下负极的锂嵌入电阻明显大于正极的脱锂电阻。虽然锂离子在低温下可以较快地从正极脱嵌,但不能及时嵌入负极,导致析出。锂。

  (2) 高倍率充电时的锂沉积

  如果在常温充电一味提高充电倍率,负极也会因无法快速完成锂嵌入而造成锂析出。常规容量设计下,电芯可承受的最大充电倍率约为1C~1.5C。如果产品在使用过程中需要进一步增加充电电流,则需要对极片和电解液进行特殊设计。否则充电率越高,析锂越严重。

  (3) 过充电析锂

  当电池的充电电压或充电容量大大超过设计值时,会有更多的过剩锂离子从正极脱嵌,而由于设计中负极没有为这些过剩锂离子预留空间,分析锂是必然。过充电时,锂离子从正极脱嵌是均匀的,不随极片位置的变化而变化,所以过充电引起的锂析出也是均匀的层。

  3、锂离子插入路径异常导致锂离子电池析锂

  锂离子电池充电时,锂离子从正极脱嵌后,穿过电解液,再嵌入负极。但是,如果正负极界面接触不好,锂离子就会在负极表面析出。详情如下:

  (1)隔膜起皱释放锂

  当隔膜因自身质量起皱时,相应位置的锂离子从正极脱嵌后,无法均匀嵌入负极,从而导致相应位置的负极要么呈褐色锂嵌入不足,或隔膜产生问题。具有相同皱纹方向的条纹锂沉积。

  (2) 电芯变形分解锂

  电芯厚度大时,容易变形。变形严重时,可能会导致电芯变形位置对应的极片接触不良,导致上图中出现条状不良嵌锂区,偶有分析。锂。如果注液后直接进行常规成型,不进行冷热压,界面不会有太大问题。但是对于一些厚度小于3mm的薄电芯,如果成型时没有上夹,成型前忘记用夹具进行冷热压或烘烤,界面会很惨。

  由于薄电池界面之间难以紧密接触,如果在化成前和化成过程中不对薄电池表面施加压力,化成过程中产生的气体不能完全排出,影响界面接触,导致点状锂嵌入和点状锂析出不足。

  (4)夹具改造为无压析锂

  由于治具的化成往往伴随着大电流和高充电SOC,化成时产气速度较快,化成后电池的界面会出现明显的金黄色,缺的对应位置锂的嵌入会更加明显。无论是成型前没有冷热压的薄电池,还是本来应该用夹具成型却没有加压的电池,只要在脱气前发现问题,用小电流重新放电都是可能的用夹具并一次成型。界面得到了显着改进。

  (5) 锂插层路线总结:

  嵌锂路径异常时,电芯界面异常最明显的是棕色的嵌锂不足区,其次是相应位置有轻微的析锂。由于化学形成过程和材料不同,实际化学形成过程中界面接触不良可能会导致析锂,可能与上图有所不同。

  4、主要材料异常导致锂离子电池析锂

  在充电过程中,锂离子的目的地是通过SEI膜,最终嵌入负极。如果SEI膜或负极出现问题,导致锂离子无法正常嵌入,结果只能是析锂。

  (1) 将负极压死析锂

  当负极片压实超过其极限时,由于负极结构被破坏或到达负极后没有足够的嵌入空间,锂离子会在负极表面析出。负极压碎导致的析锂无法像化学接触不良导致的析锂那样修复,对电芯的容量和循环产生致命的影响。

  (2) 电解液少引起的析锂

  当电池注液量较小,或注液后老化时间短时,电解液将无法充分渗入负极,电池未完全渗入的位置会形成干涸的小黑点,锂嵌入如上图所示。黑点周围可能有轻微的锂沉淀。

  (3) 电解液不匹配的锂析出

  由这个原因引起的锂析出的原理还没有被文和吴完全理解。推测SEI膜可能因电解质与负极不匹配而过厚或不均匀,进而阻碍锂离子的嵌入;或者电解液不能完全渗入负极,造成锂离子嵌入困难。

  (4) 直接体积分离引起的锂析出

  如果电池在没有形成小电流的情况下直接进行容量充电,则无法有效形成SEI膜,影响充电过程中锂离子向负极的嵌入,导致锂析出。相应的锂沉淀图片如上图所示。

  (5) 含水量过高析锂

  少量的水有助于SEI膜的形成,但当水含量超标时,会与电解液中的锂盐发生反应,破坏SEI膜的成分,从而影响锂离子嵌入到电解液中。负极并形成上图中的不规则性。棕色区域,有时在棕色区域也会出现锂析出。


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