當(dāng)粉塵嚴(yán)重到刺穿隔膜時(shí)，對(duì)鋰動(dòng)力電有什么影響
來源：寶鄂實(shí)業(yè)
2019-04-01 12:44
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但是當(dāng)粉塵嚴(yán)重到刺穿隔膜這個(gè)“度”時(shí)，對(duì)鋰動(dòng)力電的影響就會(huì)非常明顯。由于有是否刺穿隔膜這個(gè)“度”的存在，因此在測(cè)試大批鋰動(dòng)力電自放電率時(shí)，經(jīng)常會(huì)發(fā)現(xiàn)大部分鋰動(dòng)力電的自放電率都集中在一個(gè)不大的范圍內(nèi)，而只有小部分鋰動(dòng)力電的自放電明顯偏高且分布離散，這些應(yīng)該就是隔膜被刺穿的鋰動(dòng)力電。
2）毛刺。將微短路的鋰動(dòng)力電池拆開，當(dāng)發(fā)現(xiàn)鋰動(dòng)力電池的隔膜上出現(xiàn)的黑點(diǎn)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(dòng)力電池電芯生命初期，只表現(xiàn)為自放電較高，而時(shí)間越長，其造成正負(fù)極大規(guī)模短路的可能性越大，是鋰動(dòng)力電池?zé)崾Э氐囊粋€(gè)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(yīng)后，也是擊穿隔膜，在隔膜上形成黑點(diǎn)，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(huì)對(duì)鋰動(dòng)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(xiàn)所述，影響排序如：Cu＞Zn＞Fe＞Fe2O3。比如很多正極鐵鋰材料就會(huì)面臨自放電過大的問題，也就是鐵雜質(zhì)超標(biāo)引起的。
4）負(fù)極金屬雜質(zhì)。由于原電池的形成，負(fù)極金屬雜質(zhì)會(huì)游離出來，在隔膜處沉積而造成隔膜導(dǎo)通，形成物理微短路，某些低端的負(fù)極材料經(jīng)常會(huì)遇見這樣的情況。負(fù)極漿料中的金屬雜質(zhì)對(duì)自放電的影響力不及正極中的金屬雜質(zhì)，其中Cu、Zn對(duì)自放電影響較大。
5）輔材的金屬雜質(zhì)。例如CMC、膠帶中的金屬雜質(zhì)。隨著時(shí)間的增加，金屬雜質(zhì)引發(fā)的金屬枝晶在不斷生長，最后穿透隔膜，導(dǎo)致正負(fù)極的微短路，不斷消耗電量，導(dǎo)致鋰動(dòng)力電池端電壓降低。
（2）電化學(xué)材料的副反應(yīng)
1）正極材料，主要是各類鋰的化合物，其始終與電解液存在著微量的反應(yīng)，環(huán)境條件不同，反應(yīng)的激烈程度也不同。正極材料與電解液反應(yīng)生成不溶產(chǎn)物，使得反應(yīng)不可逆。參與反應(yīng)的正極材料，失去了原來的結(jié)構(gòu)，鋰動(dòng)力電池失去相應(yīng)電量和永久容量。
正極與電解液發(fā)生的不可逆反應(yīng)，主要發(fā)生于錳酸鋰、鎳酸鋰這兩種易發(fā)生結(jié)構(gòu)缺陷的材料，例如錳酸鋰正極與電解液中鋰離子的反應(yīng)：
LiyMn2O4+xLi++xe-→Liy+xMn2O4
2）負(fù)極材料，石墨負(fù)極原本就具備與電解液反應(yīng)的能力，在化成過程中，反應(yīng)產(chǎn)物SEI膜附著在電極表面，才使得電極與電解液停止了激烈的反應(yīng)。若SEI膜有缺陷，這個(gè)反應(yīng)也一直在少量進(jìn)行。電解液與負(fù)極的反應(yīng)，同時(shí)消耗電解液中的鋰離子和負(fù)極材料。反應(yīng)帶來電量損失的同時(shí)，也帶來鋰動(dòng)力電池最大可用容量的損失。
負(fù)極材料與電解液發(fā)生的不可逆反應(yīng)，化成時(shí)形成的SEI膜就是為了保護(hù)負(fù)極不受電解液的腐蝕，負(fù)極與電解液可能發(fā)生的反應(yīng)為：
LiyC6→Liy-xC6+xLi++xe-
3）電解液，電解液除了與正負(fù)極反應(yīng)，還與自身材質(zhì)中的雜質(zhì)反應(yīng)，與正負(fù)極材料中的雜質(zhì)反應(yīng)，這些反應(yīng)均會(huì)生成不可逆的產(chǎn)物，使得鋰離子總量減少，也是鋰動(dòng)力電池最大可用容量損失的原因。電解液自身所帶雜質(zhì)引起的不可逆反應(yīng)有：
①溶劑中CO2可能發(fā)生的反應(yīng)：
2CO2+2e-+2Li+→Li2CO3+CO
②溶劑中O2發(fā)生的反應(yīng)：
1/2O2+2e+2Li+→Li2O
類似的不可逆反應(yīng)消耗了電解液中的鋰離子，進(jìn)而損失了鋰動(dòng)力電池容量。
4）水分。水分造成電解液分解，釋放出大量的電子，電子再嵌入到正極氧化結(jié)構(gòu)中，從而引起正極電位下降，造成鋰動(dòng)力電池端電壓下降。另外，當(dāng)鋰動(dòng)力電池中有H2O存在時(shí)，其會(huì)與LiPF6反應(yīng)，生產(chǎn)HF等腐蝕性氣體；同時(shí)與溶劑等反應(yīng)產(chǎn)生CO2等氣體引起鋰動(dòng)力電池膨脹；HF會(huì)與電池中眾多物質(zhì)如SEI主要成分反應(yīng)，破壞SEI膜；生成CO2和H2O等；CO2引起鋰動(dòng)力電池膨脹，重新生成的H2O又參與LiPF6、溶劑等反應(yīng)，形成惡性鏈?zhǔn)椒磻?yīng)。
2）毛刺。將微短路的鋰動(dòng)力電池拆開，當(dāng)發(fā)現(xiàn)鋰動(dòng)力電池的隔膜上出現(xiàn)的黑點(diǎn)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(dòng)力電池電芯生命初期，只表現(xiàn)為自放電較高，而時(shí)間越長，其造成正負(fù)極大規(guī)模短路的可能性越大，是鋰動(dòng)力電池?zé)崾Э氐囊粋€(gè)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(yīng)后，也是擊穿隔膜，在隔膜上形成黑點(diǎn)，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(huì)對(duì)鋰動(dòng)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(xiàn)所述，影響排序如：Cu＞Zn＞Fe＞Fe2O3。比如很多正極鐵鋰材料就會(huì)面臨自放電過大的問題，也就是鐵雜質(zhì)超標(biāo)引起的。
4）負(fù)極金屬雜質(zhì)。由于原電池的形成，負(fù)極金屬雜質(zhì)會(huì)游離出來，在隔膜處沉積而造成隔膜導(dǎo)通，形成物理微短路，某些低端的負(fù)極材料經(jīng)常會(huì)遇見這樣的情況。負(fù)極漿料中的金屬雜質(zhì)對(duì)自放電的影響力不及正極中的金屬雜質(zhì)，其中Cu、Zn對(duì)自放電影響較大。
5）輔材的金屬雜質(zhì)。例如CMC、膠帶中的金屬雜質(zhì)。隨著時(shí)間的增加，金屬雜質(zhì)引發(fā)的金屬枝晶在不斷生長，最后穿透隔膜，導(dǎo)致正負(fù)極的微短路，不斷消耗電量，導(dǎo)致鋰動(dòng)力電池端電壓降低。
（2）電化學(xué)材料的副反應(yīng)
1）正極材料，主要是各類鋰的化合物，其始終與電解液存在著微量的反應(yīng)，環(huán)境條件不同，反應(yīng)的激烈程度也不同。正極材料與電解液反應(yīng)生成不溶產(chǎn)物，使得反應(yīng)不可逆。參與反應(yīng)的正極材料，失去了原來的結(jié)構(gòu)，鋰動(dòng)力電池失去相應(yīng)電量和永久容量。
正極與電解液發(fā)生的不可逆反應(yīng)，主要發(fā)生于錳酸鋰、鎳酸鋰這兩種易發(fā)生結(jié)構(gòu)缺陷的材料，例如錳酸鋰正極與電解液中鋰離子的反應(yīng)：
LiyMn2O4+xLi++xe-→Liy+xMn2O4
2）負(fù)極材料，石墨負(fù)極原本就具備與電解液反應(yīng)的能力，在化成過程中，反應(yīng)產(chǎn)物SEI膜附著在電極表面，才使得電極與電解液停止了激烈的反應(yīng)。若SEI膜有缺陷，這個(gè)反應(yīng)也一直在少量進(jìn)行。電解液與負(fù)極的反應(yīng)，同時(shí)消耗電解液中的鋰離子和負(fù)極材料。反應(yīng)帶來電量損失的同時(shí)，也帶來鋰動(dòng)力電池最大可用容量的損失。
負(fù)極材料與電解液發(fā)生的不可逆反應(yīng)，化成時(shí)形成的SEI膜就是為了保護(hù)負(fù)極不受電解液的腐蝕，負(fù)極與電解液可能發(fā)生的反應(yīng)為：
LiyC6→Liy-xC6+xLi++xe-
3）電解液，電解液除了與正負(fù)極反應(yīng)，還與自身材質(zhì)中的雜質(zhì)反應(yīng)，與正負(fù)極材料中的雜質(zhì)反應(yīng)，這些反應(yīng)均會(huì)生成不可逆的產(chǎn)物，使得鋰離子總量減少，也是鋰動(dòng)力電池最大可用容量損失的原因。電解液自身所帶雜質(zhì)引起的不可逆反應(yīng)有：
①溶劑中CO2可能發(fā)生的反應(yīng)：
2CO2+2e-+2Li+→Li2CO3+CO
②溶劑中O2發(fā)生的反應(yīng)：
1/2O2+2e+2Li+→Li2O
類似的不可逆反應(yīng)消耗了電解液中的鋰離子，進(jìn)而損失了鋰動(dòng)力電池容量。
4）水分。水分造成電解液分解，釋放出大量的電子，電子再嵌入到正極氧化結(jié)構(gòu)中，從而引起正極電位下降，造成鋰動(dòng)力電池端電壓下降。另外，當(dāng)鋰動(dòng)力電池中有H2O存在時(shí)，其會(huì)與LiPF6反應(yīng)，生產(chǎn)HF等腐蝕性氣體；同時(shí)與溶劑等反應(yīng)產(chǎn)生CO2等氣體引起鋰動(dòng)力電池膨脹；HF會(huì)與電池中眾多物質(zhì)如SEI主要成分反應(yīng)，破壞SEI膜；生成CO2和H2O等；CO2引起鋰動(dòng)力電池膨脹，重新生成的H2O又參與LiPF6、溶劑等反應(yīng)，形成惡性鏈?zhǔn)椒磻?yīng)。
