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鋰電池循環壽命受水分影響有多大?

以前我們使用鋰電池時經常會看到關于鋰電池鼓包的信息,隨著鋰電池技術的發展進步,雖然說鋰電池鼓包情況變少了,但是還是偶有發生的,這個主要原因之一就是因為鋰電池生產過程中,水分含量存在導致的,那么鋰電池循環壽命受水分影響有多大?

4.45V鋰電池

固體電解質界面(Solid-ElectrolyteInterface,簡稱SEI)膜是一層選擇性透過膜,能使Li+自由透過,而電解液分子不能透過。電解液的組成和痕量的添加劑對SEI膜形成的電位、致密程度、電池不可逆容量損失、電池內阻等有顯著的影響。水作為電解液中一種痕量組分,對鋰離子電池SEI膜的形成和電池性能有一定的影響。重要表現為電池容量變小,放電時間變短,內阻增大,循環容量衰減,電池膨脹等現象,因此,在鋰離子電池的制作過程中,必須嚴格控制環境的濕度和正負極材料、電解液的含水量。

鋰電池首次放電容量隨電池中水分的新增而減小。在恒定的條件下,電池首次放電容量的變化由2個重要因素制約。

1、SEI膜的形成消耗部分Li十,造成不可逆容量損失,單電子還原過程生成的烷基碳酸鋰還可以與電解液中的痕量水發生反應,2ROC02Li+H2O→LieC03+C02+2ROH,當生成C02后,在低電位下的負極表面,有新的化學反應發生2C02+2Li++2e→LieC03+CO。

2、SEI膜形成以后,在仍然有H2O存在的條件下,H2O會促使電解液中LiPF6的分解,使電池放電時間縮短,LiPF6→LiF+PFs,PFs+H2O→POF3+2HF。

水分對鋰離子電池內阻的影響:

隨著電池水分的新增,內阻呈上升的趨勢。出現電池內阻差異的重要因素有如下2個方面。

1、SEI膜的差異導致電池內阻的差異。在電解液溶劑體系中,痕量的水能夠形成以Li2CO3為主、穩定性好、均勻致密的SEI膜,其內阻較小。

2、水分含量多于體系形成SEI膜的所需含量時,在SEI膜表面生成POF3和LiF沉淀,導致電池內阻新增。

水分對電池循環容量衰減的影響:

電池容量衰減隨水分含量新增而逐漸減小。這與SEI膜的致密程度和均勻性有關。當SEI膜均勻致密時,電解液溶劑不易嵌人到負極中,占據Li十嵌人空位,因此容量衰減很少。與此相反,當SEI膜的局部不致密、不均勻時,Li十嵌人空位被電解液溶劑占據相對較容易。LieC03是形成均勻致密SEI膜最重要的組分,電解液溶劑體系中,當水分含量過量時,會導致SEI膜的局部不致密、不均勻,因此容量衰減新增。

電池會膨脹重要是因為SEI膜生成后水的存在使LiPF6分解生成HF氣體。

鋰電池在生產制造的過程中有部分工序是暴露在室內的空氣中的,而室內空氣會有一定的濕度,所以對于鋰電池水分含量的控制只能盡量降低,就目前來說,是無法完全斷絕的,盡管這樣,現在生產制造的鋰電池與以前相比,在水分控制這一塊已經取得了不錯的進步,只要正常使用,鋰電池很少在使用壽命范圍內發生鼓包的情況的。

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