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水分对锂电池的影响

发布时间:2014-06-13   点击次数:511次

水分对锂电池的影响以及控制

水分的影响

固体电解质界面(Solid-Electrolyte Interface,简称SEI)膜是一层选择性透过膜,能使Li+自由透过,而电解液分子不能透过。电解液的组成和痕量的添加剂对SEI膜形成的电位、致密程度、电池不可逆容量损失、电池内阻等有显著的影响。水作为电解液中一种痕量组分,对锂离子电池SEI膜的形成和电池性能有一定的影响。主要表现为电池容量变小,放电时间变短,内阻增大,循环容量衰减,电池膨胀等现象,因此,在锂离子电池的制作过程中,必须严格控制环境的湿度和正负极材料、电解液的含水量。

水分对放电容量的影响

电池放电容量随电池中水分的增加而减小。在锂源恒定的条件下,电池放电容量的变化主要由2 个主要因素制约。

  1. SEI膜的形成消耗部分Li十,造成不可逆容量损失,单电子还原过程生成的烷基*还可以与电解液中的痕量水发生反应, 2ROC02Li+ H2O LieC03+C02+2ROH,当生成C02后,在低电位下的负极表面,有新的化学反应发生2C02+2Li++2eLieC03+CO

2SEI膜形成以后,在仍然有H2O 存在的条件下,H2O 会促使电解液中LiPF6的分解,使电池放电时间缩短,LiPF6LiF +PFsPFs+H2O POF3+2HF

水分对锂电池内阻的影响

随着电池水分的增加,内阻呈上升的趋势。产生电池内阻差异的主要因素有如下2 个方面。

  1. SEI膜的差异导致电池内阻的差异。在电解液溶剂体系中,痕量的水能够形成以Li2CO3为主、稳定性好、均匀致密的SEI膜,其内阻较小。
  2. 水分含量多于体系形成SEI膜的所需含量时,在SEI膜表面生成POF3LiF沉淀,导致电池内阻增加。

水分对电池循环容量衰减的影响

电池容量衰减随水分含量增加而逐渐减小。这与SEI膜的致密程度和均匀性有关。当SEI膜均匀致密时,电解液溶剂不易嵌人到负极中,占据Li十嵌人空位,因此容量衰减很少。与此相反,当SEI膜的局部不致密、不均匀时,Li十嵌人空位被电解液溶剂占据相对较容易。LieC03是形成均匀致密SEI膜zui主要的组分,电解液溶剂体系中,当水分含量过量时,会导致SEI膜的局部不致密、不均匀,因此容量衰减增加。

电池会膨胀主要是因为SEI膜生成后水的存在使LiPF6分解生成HF气体。

水分的控制

在锂电池行业内,水分的含量除了某些客观因素以外,主要还是主观因素决定。

在锂电行业,水分的含量用露点表示,锂电池干燥房或手套箱的露点应≤-40℃,在电池生产过程中,手套箱和干燥房的露点温度值的变化直接取决于干燥设备是否正常运行。而干燥设备是否正常运行主要依靠露点仪去监测。但因为锂电池干燥房或手套箱含有高浓度的氢氟酸,氢氟酸对露点探头的腐蚀特别严重,因此,露点仪品牌的选择成为了锂电池品质*zui为头痛的问题。

光宇集团选用了一款DP350露点仪,寿命要比市面上常规的露点仪寿命要长很多。经了解,该款露点仪是一家叫珠海欧伯特的公司专门针对锂电行业腐蚀严重这个问题特别研发的一款露点仪。

DP350露点仪的传感器是用各个品牌露点传感器进行实验对比后选用了一款耐化学污染的高聚合物传感器,该传感器带有智能加热功能,根据环境的变化智能加热把芯片表面的污染物蒸发掉。为了更好地保护探头芯片不被腐蚀zui大限度地延长传感器的寿命,根据氢氟酸的化学性质,欧伯特公司与某大学李教授合作研发了一种防氢氟酸腐蚀膜以及一款吸附氢氟酸的假期保护筒。而DP350露点仪还配备便携金属机箱,该机箱带有馈电输出以及报警功能,可在线也可便携使用,达到一款仪器多种用途的效果。

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