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水分对锂电池循环容量衰减的影响

来源:锂电池 | 作者:友创伟业 | 发布时间: 2021-04-13 | 1965 次浏览 | 分享到:
一、锂电池容量衰减随水分含量新增而逐渐减小。这与SEI膜的致密程度和均匀性有关。当SEI膜均匀致密时,电解液溶剂不易嵌入到负极中,占据Li+嵌入空位,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+嵌入空位被电解液溶剂占据相对较容易。Li2C03是形成均匀致密SEI膜最重要的组分,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,因此容量衰减新增。
 
电池会膨胀重要是因为SEI膜生成后水的存在使LiPF6分解生成HF气体。
 
二、电池制程中的水分引入
 
先了解一下锂电的生产过程:
 
水分来源基本上分为以下几个来源:
 
1、车间水分来源。
 
a、空气中的水分,一般用相对湿度来衡量。在不同温度和天气,有很大的差别,在夏天的雨天可以达到90%,冬天的雪天则30%左右,在夏天的晴天50%左右,冬天的晴天则20%左右。
 
b、人体出现的水分
 
c、物料所带的水分
 
包装材料(特别纸箱)、纸巾和碎布之类清洁辅料含水量都很高
 
d、设备设施渗水
 
2、电池的水分来源
 
a、正负极材料
 
正负极活性物质大都是微米或纳米级颗粒,极易吸收空气中水分潮解。正极材料PH值大都偏大,特别是含Ni量高的三元或二元材料,其比表面积亦偏大,材料表面上极易吸收水分并反应。
 
b、电解液
 
电解液的溶剂结构中均存在电负性较大的羰基以及亚稳定的双键,容易与极性H2O分子用途形成络合体或反应生成相应的醇,而且温度越高,反应越快。而且电解液的溶质锂盐也容易吸水并与水反应。
 
c、隔膜
 
隔膜纸也是一种多孔性的塑料薄膜,其吸水性也是很大的。由于水分一般不会与隔膜发生化学反应,通过烘烤也可以基本消除,因此,隔膜一般很少进行严格水分控制。
 
三、制程水分控制
 
根据以上内容,材料中的水分含量是电芯中水分的重要来源之一,而且环境湿度越大,电池材料越容易吸收空气中的水分。反之,环境湿度控制越好,电池材料吸收空气中水分的能力越有限。目前有一种锂离子电池生产车间的建议湿度控制阶梯为(仅供参考,湿度控制根据各电池公司实际情况来进行操作):
 
相对湿度≦30%车间(如搅拌、涂布机头、机尾等)
 
相对湿度≦20%车间(如辊压、制片、烘烤等)
 
相对湿度≦10%车间(如叠片、卷绕、装配等)
 
露点温度≦-45℃车间(如电芯烘烤、注液、封口等)
 
即使按照以上湿度梯度控制,也要控制工序的停留时间。
 
在辊压制片车间,虽然经此车间后电池仍需烘烤,但不这不是说烘烤前的极片可以随便放置。有人做过相关实验,还未做到制片卷绕一体自动化的时候,极片(尤其是正极片)吸水后,长时间烘烤,仍然不能恢复到吸水前重量,极片材料内部会有顽固残留。因此,在此车间,暴露时间最好也是要控制的,尽量不要结存或者有真空干燥气氛缓存。
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