電池析鋰幾乎是所有電池開發(fā)工程師和電池安全工程師的夢(mèng)魘，做電池、拆電池尋找電池析鋰的原因也是讓人頭疼的事。無論是在企業(yè)還是學(xué)術(shù)界，析鋰方面的研究主要集中在兩方面：其一是電池析鋰的快速檢測(cè)評(píng)判及原因分析；其二是析鋰對(duì)電池安全的影響，尤其是輕微析鋰的電池。關(guān)于電池析鋰無損快速檢測(cè)的相關(guān)研究論文很多，各種新方法層出不窮。但在電池企業(yè)實(shí)際應(yīng)用中，目前最常用、最靠譜的判斷電池析鋰的方法還是將電池進(jìn)行拆解觀察界面。析鋰對(duì)電池安全的影響方面的研究相對(duì)較少。

在實(shí)際生產(chǎn)中經(jīng)?？捎^察到析鋰后的電池靜置一段時(shí)間后容量會(huì)有一定程度的提升，這主要是析出來的金屬鋰會(huì)在靜置過程嵌入石墨所致。從電池電性能角度看，容量恢復(fù)是好消息，但析鋰電池靜置不同時(shí)間其安全性又有哪些差異呢？來自德國巴登-符騰堡州太陽能與氫能研究中心(ZSW-Zentrumfür Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg)的ThomasWaldmann在電池析鋰和老化方面開展了很多研究，碩果累累。為了回答以上問題，他們故意讓NCA體系的18650電池析鋰，隨后靜置不同時(shí)間，再利用ARC對(duì)比研究這些靜置不同時(shí)間電池的產(chǎn)熱差異性。結(jié)果顯示：(1)析鋰后電池靜置時(shí)間越長(zhǎng)，電池容量恢復(fù)越多；(2)析鋰后電池長(zhǎng)時(shí)間靜置后熱穩(wěn)定性會(huì)有所提高。

 

為了得到析鋰的電池，作者將電池在0 ℃進(jìn)行循環(huán)，循環(huán)后電池的放電曲線如圖1a所示。隨著循環(huán)次數(shù)的增加，電池放電容量不斷衰減，同時(shí)放電曲線出現(xiàn)平臺(tái)。析鋰電池放電曲線出現(xiàn)平臺(tái)早已有相關(guān)報(bào)道[1-2]，也有研究希望利用該特征來判斷電池是否析鋰。一般認(rèn)為平臺(tái)的出現(xiàn)是Li金屬(0 V vs.Li/Li+)和石墨(0.08 V vsLi/Li+)同時(shí)存在導(dǎo)致的。隨后作者將析鋰后的電池室溫放置不同時(shí)間，測(cè)量放置后電池的容量恢復(fù)情況。如圖1b所示，放置13天內(nèi)電池放電容量不斷增加，25 ℃放置311.6 h電池放電容量恢復(fù)了約8.1%。析鋰電池靜置過程放電容量一定程度恢復(fù)的主要原因是析出的金屬Li會(huì)部分嵌入石墨。因此，電池析鋰后放置時(shí)間對(duì)電池容量恢復(fù)程度至關(guān)重要。

 

既然析鋰電池放置不同時(shí)間放電容量恢復(fù)情況不同，那析鋰電池放置不同時(shí)間ARC測(cè)試結(jié)果會(huì)有哪些區(qū)別呢？如圖2所示，新鮮電池、放置1.5 h的析鋰電池和放置8天的析鋰電池?zé)崾Э貢r(shí)間分別為1950 min、1000 min和225 min，同時(shí)三者熱失控最高溫度依次降低。溫度上的差異可理解為：(1)新鮮電池較析鋰后電池容量高，有更多的電化學(xué)能轉(zhuǎn)變成熱能；(2)析鋰后電池?zé)崾Э赜胁糠謨?nèi)容物噴出，導(dǎo)致電化學(xué)能轉(zhuǎn)化成熱能并不充分。如圖3 SHR曲線所示，放置1.5 h的析鋰電池在約100 ℃即開始自產(chǎn)熱，而放置8天的析鋰電池和新鮮電池要到約150 ℃才開始自產(chǎn)熱，表明析鋰電池經(jīng)過靜置后熱穩(wěn)定性有所提高，長(zhǎng)時(shí)間靜置其熱穩(wěn)定性可以接近新鮮電池。

 

值得注意的是，從熱失控現(xiàn)象上看，新鮮電池ARC測(cè)試未發(fā)生JR噴出情況，質(zhì)量損失相對(duì)較??；而析鋰后放置不同時(shí)間電池?zé)崾Э爻霈F(xiàn)JR噴出的、現(xiàn)象，并且放置1.5 h的析鋰電池?zé)崾Э刭|(zhì)量損失高于放置8天的析鋰電池?zé)崾Э刭|(zhì)量損失。圖3和圖4的結(jié)果表明析鋰后電池的熱穩(wěn)定性低于新鮮電池，并且熱失控過程更為猛烈。同時(shí)進(jìn)一步顯示隨著放置時(shí)間的增加，析鋰電池的熱穩(wěn)定性有所提高。