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          鋰電池鼓包原因分析

          來源:昆明鋰電池 發布時間:2018年10月17日

          鋰電池鼓包的原因主要有:

          鋰電池鼓包

          正極

          從電池重量構成上來看,正極材料占有較大比例(一般在70%~80%),因為正極材料的性能直接影響著鋰離子電池的性能,其成本也直接決定電池成本高低。

          正極材料占鋰離子電池成本30%~40%,也直接影響鋰電池包的能量密度和性能。


          負極

          負極材料是由相對于正極電勢更低的材料構成,并具有高比容量和較好的充放電可逆性,從而在嵌鋰的過程中保持良好的尺寸和機械穩定性(不發生嚴重變形)。

          負極材料主要影響鋰電池的效率、循環性能等,負極材料的性能也直接影響鋰電池的性能,負極材料占鋰電池總成本10~20%左右。負極材料種類上,包括碳系負極、非碳性負極。


          電解液

          電解液在正極與負極之間起到運輸電荷的作用(類似與無線電中的載波),具有較高的離子電導率,一般應達到1x10-3~2x10-2 S/cm。

          它影響著鋰電池包的能量密度、寬溫應用、循環壽命、功率密度、安全性能等因素。


          隔膜

          隔膜有一定的孔徑和孔隙率,保證低的電阻和高的離子電導率,對鋰離子有很好的透過性,對電解液的浸潤性好并具有足夠的吸液保濕能力,保持離子導電性,同時具有電子絕緣性,保證正負極的機械隔離,此外應有足夠的穿刺強度、拉伸強度等力學性能及耐電解液腐蝕性和足夠的電化學穩定性。動力電池對隔膜的要求更高,通常采用復合膜。


          1、充電過程

          在電場的驅動下鋰離子從正極晶格中脫出,經過電解質,嵌入到負極晶格中。

          電壓低于3V,要先進行預充電,充電電流為設定電流的1/10,電壓升到3V后,進入標準充電過程。標準充電過程為:以設定電流進行恒流充電,電池電壓升到4.20V時,改為恒壓充電,保持充電電壓為 4.20V。

          此時,充電電流逐漸下降,當電流下降至設定充電電流的1/10時,充電結束。 這是一般的鋰電池充電的一個過程,如果鋰電池存在于智能設備中,它的充電模式將會受到智能設備軟件的控制。


          2、放電過程

          放電過程正好與充電過程相反,鋰離子在電場作用下返回正極,電子通過外電路到達正極與鋰離子復合。電池放電,此時負極上的電子e從通過外部電路跑到正極上,正鋰離子Li+從負極“跳進”電解液里,“爬過”隔膜上彎彎曲曲的小洞,“游泳”到達正極,與早就跑過來的電子結合在一起。

          通過了解鋰電池的充放電過程,我們可以從微觀上理解,電池的容量其實就是電池所包含電荷的量。電流越大,放電速度越快,電池使用的時間就越短。

          為什么電池在正常使用或者長時間不使用會出現鼓包的現象呢?

          在充放電的過程中出現鼓包的現象有兩種:

          一.過充導致的鼓包

          過度充電會導致正極材料里的鋰原子全部跑到負極材料里面,導致正極原本飽滿的柵格發生變形垮塌,這也是鋰電池電量下降的一個主要原因。

          在這個過程中,負極的鋰離子越來越多,過度堆積使得鋰原子長出樹樁結晶,使得電池發生鼓脹。


          二.過放導致的鼓包

          在液態鋰離子電池首次充放電過程中,電極材料與電解液在固液相界面上發生反應,形成一層覆蓋于電極材料表面的鈍化層。形成的鈍化層膜能有效地阻止電解液分子的通過,但Li+ 卻可以經過該鈍化層自由地嵌入和脫出,具有固體電解質的特征,因此這層鈍化膜被稱為“固體電解質界面膜”( solid electrolyte interface) ,簡稱SEI。

          SEI膜對負極材料會產生保護作用,使材料結構不容易崩塌,并且可以增加電極材料的循環壽命。SEI膜并非一成不變,在充放電過程中會有少許的變化,主要是部分有機物會發生可逆的變化。

          電池過度放電后使得SEI膜發生可逆性破環,保護負極材料的SEI破壞后使得負極材料崩塌,從而形成鼓包現象。

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