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導致軟包鋰離子電池脹氣的主要原因是什么?

鉅大LARGE  |  點擊量:52次  |  2020年09月04日  

摘要
抑制異常產氣的措施在正常電壓范圍內,產氣量較少,而且大多為碳氫化合物,當有異常產氣發生時,會產生大量氣體,破壞電極界面結構,導致電解液分解失效,嚴重時沖破封裝區造成漏液,腐蝕危險。抑制異常產氣需要從材

抑制異常產氣的措施


在正常電壓范圍內,產氣量較少,而且大多為碳氫化合物,當有異常產氣發生時,會出現大量氣體,破壞電極界面結構,導致電解液分解失效,嚴重時沖破封裝區造成漏液,腐蝕危險。抑制異常產氣要從材料設計和制造工藝兩方面著手。


首先要設計優化材料及電解液體系,保證形成致密穩定的SEI膜,提高正極材料的穩定性,抑制異常產氣的發生。


針對電解液的處理常常采用添加少量的成膜添加劑的方法使SEI膜更均勻、致密,減少電池在使用過程中的SEI膜脫落和再生過程產氣導致電池鼓脹,相關研究已有報道并在實際中得到應用,如哈爾濱理工大學的成夙等報道,使用成膜添加劑VC可以減少電池氣脹現象。但研究多集中在單組分添加劑上,效果有限。華東理工大學的曹長河等人,采用VC與PS復合作為新型電解液成膜添加劑,取得了很好的效果,電池在高溫擱置和循環過程中產氣明顯減少。研究表明,EC、VC形成的SEI膜組分為線性烷基碳酸鋰,高溫下附在LiC的烷基碳酸鋰不穩定,分解生成氣體(如CO2等)而出現電池鼓脹。而PS形成的SEI膜為烷基磺酸鋰,雖膜有缺陷,但存在著一定的二維結構,附在LiC高溫下仍較穩定。當VC和PS復合使用時,在電壓較低時PS在負極表面形成有缺陷的二維結構,隨著電壓的升高VC在負極表面又形成線性結構的烷基碳酸鋰,烷基碳酸鋰填充于二維結構的缺陷中,形成穩定附在LiC具有網絡結構的SEI膜。此種結構的SEI膜大大提高了其穩定性,可以有效抑制由于膜分解導致的產氣。


此外由于正極鈷酸鋰材料與電解液的相互用途,使其分解產物會催化電解液中溶劑分解,所以關于正極材料進行表面包覆,不但可以新增材料的結構穩定性,還可以減少正極與電解液的接觸,降低活性正極催化分解所出現的氣體。因此,正極材料顆粒表面形成穩定完整的包覆層也是目前的一大發展方向。


其次要嚴格控制制造工藝過程參數,保證封裝可靠性,防止電池內部水分過量引起的脹氣,控制方法如下:


(1)電芯卷繞完成后干燥充分,防止膜片中水分含量超標;


(2)嚴格控制真空烘烤后電芯到注液時間及干燥房濕度;


(3)保證注液手套箱密封性;


(4)控制電解液中水分和游離酸含量;


(5)規范電解液存儲環境及密封條件,防止電解液在使用及存放過程中進入過量水分;


(6)采用閉口加壓化成或者外置氣囊化成后抽真空封口排氣;


(7)采用多步化成和高溫擱置工藝,保證產氣完全;


(8)提高封裝可靠性。


脹氣的出現重要有正?;僧a氣和異常產氣,要想抑制電池后期的異常產氣,要從材料設計優化和工藝控制兩方面著手;選用具有穩定完整包覆層的正極材料,阻隔電解液與正極反應分解,匹配具有成膜添加劑的電解液,有效保證SEI膜的穩定性是抑制產氣發生的前提,工藝過程中要保證封裝可靠性,加強控制水及氧氣等體系敏感物質進入電池內部是有效解決電池脹氣的途徑。


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