電池內(nèi)部產(chǎn)氣是導(dǎo)致電池鼓脹的重要原因嗎？
來源：寶鄂實(shí)業(yè)
2019-05-09 15:13
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無論是電池在常溫循環(huán)、高溫循環(huán)、高溫?cái)R置時(shí)，其均會(huì)產(chǎn)生不同程度的鼓脹產(chǎn)氣。據(jù)目前研究結(jié)果顯示，引起電芯脹氣的本質(zhì)是電解液發(fā)生分解所致。
電解液分解有兩種情況，一個(gè)是電解液有雜質(zhì)，比如水分和金屬雜質(zhì)使電解液分解產(chǎn)氣，另一個(gè)是電解液的電化學(xué)窗口太低，造成了充電過程中的分解，電解液中的EC、DEC等溶劑在得到電子后，均會(huì)產(chǎn)生自由基，自由基反應(yīng)的直接后果就是產(chǎn)生低沸點(diǎn)的烴類、酯類、醚類和CO2等。
在鋰電池組裝完成后，預(yù)化成過程中會(huì)產(chǎn)生少量氣體，這些氣體是不可避免的，也是所謂的電芯不可逆容量損失來源。在首次充放電過程中，電子由外電路到達(dá)負(fù)極后會(huì)與負(fù)極表面的電解液發(fā)生氧化還原反應(yīng)，生成氣體。在此過程中，在石墨負(fù)極表面形成SEI，隨著SEI厚度增加，電子無法穿透抑制了電解液的持續(xù)氧化分解。
在電池使用過程中，內(nèi)部產(chǎn)氣量會(huì)逐漸增多，其原因還是因?yàn)殡娊庖褐写嬖陔s質(zhì)或電池內(nèi)水分超標(biāo)導(dǎo)致的。電解液存在雜質(zhì)需要認(rèn)真排除，水分控制不嚴(yán)可能是電解液本身、電池封裝不嚴(yán)引進(jìn)水分、角位破損引起的，另外電池的過充過放濫用、內(nèi)部短路等也會(huì)加速電池的產(chǎn)氣速度，造成電池失效。
在不同體系中，電池產(chǎn)鼓脹程度不同。在石墨負(fù)極體系電池中，產(chǎn)氣鼓脹的原因主要還是如上所述的SEI膜生成、電芯內(nèi)水分超標(biāo)、化成流程異常、封裝不良等，而在鈦酸鋰負(fù)極體系中，電池脹氣比石墨/NCM電池體系要嚴(yán)重的多，除了電解液中雜質(zhì)、水分及工藝外，其另一不同于石墨負(fù)極的原因是鈦酸鋰無法像石墨負(fù)極體系電池一樣，在其表面形成SEI膜，抑制其與電解液的反應(yīng)。
在充放電過程中電解液始終與Li4Ti5O12表面直接接觸，從而造成電在Li4Ti5O12材料表面持續(xù)還原分解，這可能是導(dǎo)致Li4Ti5O12電池脹氣的根本原因。氣體的主要組分是H2、CO2、CO、CH4、C2H6、C2H4、C3H8等。
當(dāng)把鈦酸鋰單獨(dú)浸泡于電解液中時(shí)，只有CO2產(chǎn)生，其與NCM材料制備成電池后，產(chǎn)生的氣體包括H2、CO2、CO以及少量氣態(tài)碳?xì)浠衔?，并且作成電池后，只有在循環(huán)充放電時(shí)，才會(huì)產(chǎn)生H2，同時(shí)產(chǎn)生的氣體中，H2的含量超過50%。這表明在充放電過程中將產(chǎn)生H2和CO氣體。
LiPF6在電解液中存在如下平衡：
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PF5是一種很強(qiáng)的酸，容易引起碳酸酯類的分解，而且PF5的量隨溫度的升高而增加。PF5有助于電解液分解，產(chǎn)生CO2、CO及CxHy氣體。據(jù)相關(guān)研究H2的產(chǎn)生來源于電解液中的痕量水，但是一般電解液中的水含量為20×10-6左右，對(duì)H2的產(chǎn)量貢獻(xiàn)很低。上海交通大學(xué)吳凱的實(shí)驗(yàn)選用石墨/NCM111做電池，得出的結(jié)論是H2的來源是高電壓下碳酸酯的分解。
