鋰動力電池為什么會自放電？
來源：寶鄂實業(yè)
2019-10-28 18:01
點擊量：次
鋰動力電池自放電的原因
鋰動力電池產(chǎn)生自放電的主要原因是由于電極在電解液中處于熱力學的不穩(wěn)定狀態(tài)，鋰動力電池的兩個電極各自發(fā)生氧化還原反應的結(jié)果。在鋰動力電池的兩個電極中，負極的自放電是主要的，自放電的發(fā)生使活性物質(zhì)被消耗，轉(zhuǎn)變成不能利用的熱能。
鋰動力電池自放電速率的大小是由動力學的因素決定的，主要取決于電極材料的本性、表面狀態(tài)、電解液的組成和濃度、雜質(zhì)含量等，也取決與擱置的環(huán)境條件，如溫度和濕度等因素。
（1）物理微短路
物理微短路是造成鋰動力電池端電壓下降的直接原因，其直接表現(xiàn)是鋰動力電池在常溫、高溫存儲一段時間后，鋰動力電池電壓低于正常截止電壓。與化學反應引起自放電相比，物理微短路引起的自放電是不會造成鋰動力電池容量不可逆損失的。
通過觀察和測量拆開的鋰動力電池隔膜上黑點的數(shù)量、形貌、大小、元素成分等，來判斷鋰動力電池物理自放電的大小及其可能的原因：一般情況下，物理自放電越大，黑點的數(shù)量越多，形貌越深（特別是會穿透到隔膜另一面）；依據(jù)黑點的金屬元素成分判斷鋰動力電池中可能含有的金屬雜質(zhì)。引起物理微短路的原因很多，分為如下幾種：
1）粉塵。將微短路的鋰動力電池拆開，可發(fā)現(xiàn)鋰動力電池的隔膜上會出現(xiàn)黑點。如果黑點的位置處于隔膜中間，大概率是因粉塵擊穿的。鋰動力電池在生產(chǎn)制造過程中，不可避免的混入灰塵雜質(zhì)，這些雜質(zhì)屬性復雜，有些雜質(zhì)可以造成正負極的輕微導通，使得電荷中和，電量受損。
鋰動力電在制成時，雜質(zhì)造成的微短路所引起的不可逆反應，是造成個別鋰動力電池自放電偏大的最主要原因?？諝庵械姆蹓m或者制成時極片、隔膜沾上的金屬粉末都會造成內(nèi)部微短路。生產(chǎn)時絕對的無塵是做不到的，當粉塵不足以達到刺穿隔膜進而使正負極短路接觸時，其對鋰動力電池的影響并不大。
但是當粉塵嚴重到刺穿隔膜這個“度”時，對鋰動力電的影響就會非常明顯。由于有是否刺穿隔膜這個“度”的存在，因此在測試大批鋰動力電自放電率時，經(jīng)常會發(fā)現(xiàn)大部分鋰動力電的自放電率都集中在一個不大的范圍內(nèi)，而只有小部分鋰動力電的自放電明顯偏高且分布離散，這些應該就是隔膜被刺穿的鋰動力電。
2）毛刺。將微短路的鋰動力電池拆開，當發(fā)現(xiàn)鋰動力電池的隔膜上出現(xiàn)的黑點處于邊緣位置占多數(shù)，便是極片分切過程中產(chǎn)生的毛刺引起的。在鋰動力電池電芯生命初期，只表現(xiàn)為自放電較高，而時間越長，其造成正負極大規(guī)模短路的可能性越大，是鋰動力電池熱失控的一個重要成因。
3）正極金屬雜質(zhì)。正極的金屬雜質(zhì)經(jīng)過充電反應后，也是擊穿隔膜，在隔膜上形成黑點，造成了物理微短路的原因。一般來說，只要是金屬雜質(zhì)，都會對鋰動力電池自放電產(chǎn)生較大影響，一般是金屬單質(zhì)影響最大。據(jù)部分文獻所述，影響排序如：Cu＞Zn＞Fe＞Fe2O3。比如很多正極鐵鋰材料就會面臨自放電過大的問題，也就是鐵雜質(zhì)超標引起的。
4）負極金屬雜質(zhì)。由于原電池的形成，負極金屬雜質(zhì)會游離出來，在隔膜處沉積而造成隔膜導通，形成物理微短路，某些低端的負極材料經(jīng)常會遇見這樣的情況。負極漿料中的金屬雜質(zhì)對自放電的影響力不及正極中的金屬雜質(zhì)，其中Cu、Zn對自放電影響較大。
鋰動力電池產(chǎn)生自放電的主要原因是由于電極在電解液中處于熱力學的不穩(wěn)定狀態(tài)，鋰動力電池的兩個電極各自發(fā)生氧化還原反應的結(jié)果。在鋰動力電池的兩個電極中，負極的自放電是主要的，自放電的發(fā)生使活性物質(zhì)被消耗，轉(zhuǎn)變成不能利用的熱能。
鋰動力電池自放電速率的大小是由動力學的因素決定的，主要取決于電極材料的本性、表面狀態(tài)、電解液的組成和濃度、雜質(zhì)含量等，也取決與擱置的環(huán)境條件，如溫度和濕度等因素。
（1）物理微短路
物理微短路是造成鋰動力電池端電壓下降的直接原因，其直接表現(xiàn)是鋰動力電池在常溫、高溫存儲一段時間后，鋰動力電池電壓低于正常截止電壓。與化學反應引起自放電相比，物理微短路引起的自放電是不會造成鋰動力電池容量不可逆損失的。
通過觀察和測量拆開的鋰動力電池隔膜上黑點的數(shù)量、形貌、大小、元素成分等，來判斷鋰動力電池物理自放電的大小及其可能的原因：一般情況下，物理自放電越大，黑點的數(shù)量越多，形貌越深（特別是會穿透到隔膜另一面）；依據(jù)黑點的金屬元素成分判斷鋰動力電池中可能含有的金屬雜質(zhì)。引起物理微短路的原因很多，分為如下幾種：
1）粉塵。將微短路的鋰動力電池拆開，可發(fā)現(xiàn)鋰動力電池的隔膜上會出現(xiàn)黑點。如果黑點的位置處于隔膜中間，大概率是因粉塵擊穿的。鋰動力電池在生產(chǎn)制造過程中，不可避免的混入灰塵雜質(zhì)，這些雜質(zhì)屬性復雜，有些雜質(zhì)可以造成正負極的輕微導通，使得電荷中和，電量受損。
鋰動力電在制成時，雜質(zhì)造成的微短路所引起的不可逆反應，是造成個別鋰動力電池自放電偏大的最主要原因?？諝庵械姆蹓m或者制成時極片、隔膜沾上的金屬粉末都會造成內(nèi)部微短路。生產(chǎn)時絕對的無塵是做不到的，當粉塵不足以達到刺穿隔膜進而使正負極短路接觸時，其對鋰動力電池的影響并不大。
但是當粉塵嚴重到刺穿隔膜這個“度”時，對鋰動力電的影響就會非常明顯。由于有是否刺穿隔膜這個“度”的存在，因此在測試大批鋰動力電自放電率時，經(jīng)常會發(fā)現(xiàn)大部分鋰動力電的自放電率都集中在一個不大的范圍內(nèi)，而只有小部分鋰動力電的自放電明顯偏高且分布離散，這些應該就是隔膜被刺穿的鋰動力電。
2）毛刺。將微短路的鋰動力電池拆開，當發(fā)現(xiàn)鋰動力電池的隔膜上出現(xiàn)的黑點處于邊緣位置占多數(shù)，便是極片分切過程中產(chǎn)生的毛刺引起的。在鋰動力電池電芯生命初期，只表現(xiàn)為自放電較高，而時間越長，其造成正負極大規(guī)模短路的可能性越大，是鋰動力電池熱失控的一個重要成因。
3）正極金屬雜質(zhì)。正極的金屬雜質(zhì)經(jīng)過充電反應后，也是擊穿隔膜，在隔膜上形成黑點，造成了物理微短路的原因。一般來說，只要是金屬雜質(zhì)，都會對鋰動力電池自放電產(chǎn)生較大影響，一般是金屬單質(zhì)影響最大。據(jù)部分文獻所述，影響排序如：Cu＞Zn＞Fe＞Fe2O3。比如很多正極鐵鋰材料就會面臨自放電過大的問題，也就是鐵雜質(zhì)超標引起的。
4）負極金屬雜質(zhì)。由于原電池的形成，負極金屬雜質(zhì)會游離出來，在隔膜處沉積而造成隔膜導通，形成物理微短路，某些低端的負極材料經(jīng)常會遇見這樣的情況。負極漿料中的金屬雜質(zhì)對自放電的影響力不及正極中的金屬雜質(zhì)，其中Cu、Zn對自放電影響較大。
