什么原因會導致鋰電池性能的衰退？
來源：寶鄂實業(yè)
2019-03-31 23:06
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電解液是電池正負極之間起傳導作用的離子導體，充放電過程中，在正負極間往返地傳輸鋰離子。電解液對電池的充放電性能(倍率高低溫)、壽命(循環(huán)儲存)、溫度適用范圍都有著比較大的影響。
1.電解液概念
電解液是電池正負極之間起傳導作用的離子導體，充放電過程中，在正負極間往返地傳輸鋰離子。電解液對電池的充放電性能(倍率高低溫)、壽命(循環(huán)儲存)、溫度適用范圍都有著比較大的影響。
適合的溶劑需其介電常數(shù)高，粘度小，常用的有烷基碳酸鹽如PC、EC等極性強，介電常數(shù)高，但粘度大，分子間作用力大，鋰離子在其中移動速度慢。而線性酯，如DMC（二甲基碳酸鹽）、DEC（二乙基碳酸鹽）等粘度低，但介電常數(shù)也低，因此，為獲得具有高離子導電性的溶液，一般都采用PC+DEC，EC+DMC等混合溶劑。
用于鋰離子電池的電解質一般應該滿足以下基本要求：
a.高的離子電導率，一般應達到1×10-3~2×10-2S/cm；
b.高的熱穩(wěn)定性和化學穩(wěn)定性，在較寬的電壓范圍內不發(fā)生分離；
c.較寬的電化學窗口，在較寬的電壓范圍內保持電化學性能的穩(wěn)定；
d.與電池其他部分例如電極材料、電極集流體和隔膜等具有良好的相容性；
e.安全、無毒、無污染性。
2.電解液浸潤效果
當鋰電池使用達到廢棄的標準后或者突然失效時，常常對其進行拆解來分析，是什么目的導致電池的性能衰減或驟降的。小編在對鋰電池進行拆解分析時，發(fā)現(xiàn)循環(huán)性能不太好的電池往往與電解液對極片的浸潤效果不好有關。電解液浸潤效果不好時，離子傳輸路徑變遠，阻礙了鋰離子在正負極之間的穿梭，未接觸電解液的極片無法參與電池電化學反應，同時電池界面電阻增大，影響鋰電池的倍率性能、放電容量和使用壽命。
那么，為了避免出現(xiàn)種種弊端，我們需要想辦法使電解液盡可能的浸潤極片。
（1）改善注液工藝
改善注液工藝是最常規(guī)的一種辦法，從注液效率、注液條件、靜置時間、注液方式等方面可以有效改善電解液的浸潤效果。
在真空條件下注液，不僅有利于電芯內氣體的排出，還能夠減少氣體對電解液注入的阻力，有助于電解液對極片的浸潤。其原理是抽真空注液可以減少固-氣-液三相界面的存在氣相阻力，讓電解液與極片直接接觸，減少了浸潤時間。
通過延長真空下靜置的時間，可以保證電解液充分浸潤極片。注液之后，隨著靜置時間延長，電極液與極片的潤濕角逐漸減小，潤濕半徑逐漸增大，最終達到良好的浸潤效果。
為了避免電解液對隔膜、極片浸潤不充分的現(xiàn)象，可以分批次注入電解液，便于電解液對極片充分浸潤，此種操作方式從原理來講就是提高固液接觸幾率，擴大接觸面積，在電解液量不變的情況下，可以縮短浸潤時間。
（2）改善卷芯工藝
電解液浸潤效果與電極材料顆粒性質、極片壓實密度、卷芯松緊度等不無關系。不同形貌、粒徑的正負極活物質、導電劑，電解液對極片的浸潤效果明顯不同，原材料的粒徑越大，越接近于球形，其電解液滲透速率越大，浸潤時間越短。當極片的壓實密度過大時，極片內孔隙率降低，不利于電解液對極片的浸潤，需要調節(jié)適當?shù)膲簩嵜芏?，在保證電池低阻抗的條件下，滿足電解液的浸潤程度。同樣，電芯堆疊或者卷繞的松緊度也會影響電解液的浸潤。
卷繞較松時，正極-隔膜-負極之間的孔隙較大，積存的電解液量就較多，造成了部分地方富集和某些地方的缺乏，這樣無疑對電池的性能影響很大。當卷繞較緊時，又會影響電解液的浸潤速度和效率，也是不足取的。
（3）添加電解液浸潤劑
通常采用的電解液為有機溶劑，極片為無機材料，吸收電解液的能力較弱。在電解液中加入外加劑也能夠改善電解液的浸潤。劉方方等采用了一種氟醚材料作為電解液的添加劑，試驗結果表明電解液中加入少量的浸潤劑可以有效縮短電池注液時間，并明顯提高電池的循環(huán)性能，但是需要注意的是當浸潤劑添加量達到1%時，則會對循環(huán)性能有負面影響。
浸潤劑的實質是表面活性劑，此類浸潤劑具有高表面活性、高耐熱穩(wěn)定性、低可燃性和高化學穩(wěn)定性等優(yōu)點，在電解液中添加浸潤劑后能夠降低液體的表面張力，提高電解液對極片的潤濕能力和滲透能力，從而提高電池的電化學性能。
通過以上的幾種辦法，可以有效改善電解液對極片的浸潤效果?？s短浸潤時間，可以節(jié)約生產成本，提高浸潤效果，可以降低電池界面阻抗，提高活物質的利用效率，進而提升電池容量、改善放電倍率特性。
1.電解液概念
電解液是電池正負極之間起傳導作用的離子導體，充放電過程中，在正負極間往返地傳輸鋰離子。電解液對電池的充放電性能(倍率高低溫)、壽命(循環(huán)儲存)、溫度適用范圍都有著比較大的影響。
適合的溶劑需其介電常數(shù)高，粘度小，常用的有烷基碳酸鹽如PC、EC等極性強，介電常數(shù)高，但粘度大，分子間作用力大，鋰離子在其中移動速度慢。而線性酯，如DMC（二甲基碳酸鹽）、DEC（二乙基碳酸鹽）等粘度低，但介電常數(shù)也低，因此，為獲得具有高離子導電性的溶液，一般都采用PC+DEC，EC+DMC等混合溶劑。
用于鋰離子電池的電解質一般應該滿足以下基本要求：
a.高的離子電導率，一般應達到1×10-3~2×10-2S/cm；
b.高的熱穩(wěn)定性和化學穩(wěn)定性，在較寬的電壓范圍內不發(fā)生分離；
c.較寬的電化學窗口，在較寬的電壓范圍內保持電化學性能的穩(wěn)定；
d.與電池其他部分例如電極材料、電極集流體和隔膜等具有良好的相容性；
e.安全、無毒、無污染性。
2.電解液浸潤效果
當鋰電池使用達到廢棄的標準后或者突然失效時，常常對其進行拆解來分析，是什么目的導致電池的性能衰減或驟降的。小編在對鋰電池進行拆解分析時，發(fā)現(xiàn)循環(huán)性能不太好的電池往往與電解液對極片的浸潤效果不好有關。電解液浸潤效果不好時，離子傳輸路徑變遠，阻礙了鋰離子在正負極之間的穿梭，未接觸電解液的極片無法參與電池電化學反應，同時電池界面電阻增大，影響鋰電池的倍率性能、放電容量和使用壽命。
那么，為了避免出現(xiàn)種種弊端，我們需要想辦法使電解液盡可能的浸潤極片。
（1）改善注液工藝
改善注液工藝是最常規(guī)的一種辦法，從注液效率、注液條件、靜置時間、注液方式等方面可以有效改善電解液的浸潤效果。
在真空條件下注液，不僅有利于電芯內氣體的排出，還能夠減少氣體對電解液注入的阻力，有助于電解液對極片的浸潤。其原理是抽真空注液可以減少固-氣-液三相界面的存在氣相阻力，讓電解液與極片直接接觸，減少了浸潤時間。
通過延長真空下靜置的時間，可以保證電解液充分浸潤極片。注液之后，隨著靜置時間延長，電極液與極片的潤濕角逐漸減小，潤濕半徑逐漸增大，最終達到良好的浸潤效果。
為了避免電解液對隔膜、極片浸潤不充分的現(xiàn)象，可以分批次注入電解液，便于電解液對極片充分浸潤，此種操作方式從原理來講就是提高固液接觸幾率，擴大接觸面積，在電解液量不變的情況下，可以縮短浸潤時間。
（2）改善卷芯工藝
電解液浸潤效果與電極材料顆粒性質、極片壓實密度、卷芯松緊度等不無關系。不同形貌、粒徑的正負極活物質、導電劑，電解液對極片的浸潤效果明顯不同，原材料的粒徑越大，越接近于球形，其電解液滲透速率越大，浸潤時間越短。當極片的壓實密度過大時，極片內孔隙率降低，不利于電解液對極片的浸潤，需要調節(jié)適當?shù)膲簩嵜芏?，在保證電池低阻抗的條件下，滿足電解液的浸潤程度。同樣，電芯堆疊或者卷繞的松緊度也會影響電解液的浸潤。
卷繞較松時，正極-隔膜-負極之間的孔隙較大，積存的電解液量就較多，造成了部分地方富集和某些地方的缺乏，這樣無疑對電池的性能影響很大。當卷繞較緊時，又會影響電解液的浸潤速度和效率，也是不足取的。
（3）添加電解液浸潤劑
通常采用的電解液為有機溶劑，極片為無機材料，吸收電解液的能力較弱。在電解液中加入外加劑也能夠改善電解液的浸潤。劉方方等采用了一種氟醚材料作為電解液的添加劑，試驗結果表明電解液中加入少量的浸潤劑可以有效縮短電池注液時間，并明顯提高電池的循環(huán)性能，但是需要注意的是當浸潤劑添加量達到1%時，則會對循環(huán)性能有負面影響。
浸潤劑的實質是表面活性劑，此類浸潤劑具有高表面活性、高耐熱穩(wěn)定性、低可燃性和高化學穩(wěn)定性等優(yōu)點，在電解液中添加浸潤劑后能夠降低液體的表面張力，提高電解液對極片的潤濕能力和滲透能力，從而提高電池的電化學性能。
通過以上的幾種辦法，可以有效改善電解液對極片的浸潤效果?？s短浸潤時間，可以節(jié)約生產成本，提高浸潤效果，可以降低電池界面阻抗，提高活物質的利用效率，進而提升電池容量、改善放電倍率特性。
