關(guān)于鋰電池鼓包原因分析
來(lái)源：寶鄂實(shí)業(yè)
2019-08-03 10:39
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鋰電池主要材料構(gòu)成：正極材料、負(fù)極材料、電解液、隔膜（隔離材料）
電池簡(jiǎn)易結(jié)構(gòu)
正極
從電池重量構(gòu)成上來(lái)看，正極材料占有較大比例（一般在70%~80%）,因?yàn)檎龢O材料的性能直接影響著鋰離子電池的性能，其成本也直接決定電池成本高低。
正極材料占鋰離子電池成本30%~40%，也直接影響鋰電池包的能量密度和性能。
負(fù)極
負(fù)極材料是由相對(duì)于正極電勢(shì)更低的材料構(gòu)成，并具有高比容量和較好的充放電可逆性，從而在嵌鋰的過(guò)程中保持良好的尺寸和機(jī)械穩(wěn)定性（不發(fā)生嚴(yán)重變形）。
負(fù)極材料主要影響鋰電池的效率、循環(huán)性能等，負(fù)極材料的性能也直接影響鋰電池的性能，負(fù)極材料占鋰電池總成本10~20%左右。負(fù)極材料種類上，包括碳系負(fù)極、非碳性負(fù)極。
電解液
電解液在正極與負(fù)極之間起到運(yùn)輸電荷的作用（類似與無(wú)線電中的載波），具有較高的離子電導(dǎo)率，一般應(yīng)達(dá)到1x10-3~2x10-2 S/cm。
它影響著鋰電池包的能量密度、寬溫應(yīng)用、循環(huán)壽命、功率密度、安全性能等因素。
隔膜
隔膜有一定的孔徑和孔隙率，保證低的電阻和高的離子電導(dǎo)率，對(duì)鋰離子有很好的透過(guò)性，對(duì)電解液的浸潤(rùn)性好并具有足夠的吸液保濕能力，保持離子導(dǎo)電性，同時(shí)具有電子絕緣性，保證正負(fù)極的機(jī)械隔離，此外應(yīng)有足夠的穿刺強(qiáng)度、拉伸強(qiáng)度等力學(xué)性能及耐電解液腐蝕性和足夠的電化學(xué)穩(wěn)定性。動(dòng)力電池對(duì)隔膜的要求更高，通常采用復(fù)合膜。
鋰電池工作原理
鋰電池是一種充電電池，主要依靠鋰離子在正極與負(fù)極之間的往返嵌入和脫嵌來(lái)工作，實(shí)現(xiàn)能量的存儲(chǔ)和釋放。
一文看懂鋰電池鼓包原因
1、充電過(guò)程
在電場(chǎng)的驅(qū)動(dòng)下鋰離子從正極晶格中脫出，經(jīng)過(guò)電解質(zhì)，嵌入到負(fù)極晶格中。
電壓低于3V，要先進(jìn)行預(yù)充電，充電電流為設(shè)定電流的1/10，電壓升到3V后，進(jìn)入標(biāo)準(zhǔn)充電過(guò)程。標(biāo)準(zhǔn)充電過(guò)程為：以設(shè)定電流進(jìn)行恒流充電，電池電壓升到4.20V時(shí)，改為恒壓充電，保持充電電壓為 4.20V。
此時(shí)，充電電流逐漸下降，當(dāng)電流下降至設(shè)定充電電流的1/10時(shí)，充電結(jié)束。 這是一般的鋰電池充電的一個(gè)過(guò)程，如果鋰電池存在于智能設(shè)備中，它的充電模式將會(huì)受到智能設(shè)備軟件的控制。
2、放電過(guò)程
放電過(guò)程正好與充電過(guò)程相反，鋰離子在電場(chǎng)作用下返回正極，電子通過(guò)外電路到達(dá)正極與鋰離子復(fù)合。電池放電，此時(shí)負(fù)極上的電子e從通過(guò)外部電路跑到正極上，正鋰離子Li+從負(fù)極“跳進(jìn)”電解液里，“爬過(guò)”隔膜上彎彎曲曲的小洞，“游泳”到達(dá)正極，與早就跑過(guò)來(lái)的電子結(jié)合在一起。
通過(guò)了解鋰電池的充放電過(guò)程，我們可以從微觀上理解，電池的容量其實(shí)就是電池所包含電荷的量。電流越大，放電速度越快，電池使用的時(shí)間就越短。
為什么電池在正常使用或者長(zhǎng)時(shí)間不使用會(huì)出現(xiàn)鼓包的現(xiàn)象呢？
在充放電的過(guò)程中出現(xiàn)鼓包的現(xiàn)象有兩種：
一．過(guò)充導(dǎo)致的鼓包
過(guò)度充電會(huì)導(dǎo)致正極材料里的鋰原子全部跑到負(fù)極材料里面，導(dǎo)致正極原本飽滿的柵格發(fā)生變形垮塌，這也是鋰電池電量下降的一個(gè)主要原因。
在這個(gè)過(guò)程中，負(fù)極的鋰離子越來(lái)越多，過(guò)度堆積使得鋰原子長(zhǎng)出樹樁結(jié)晶，使得電池發(fā)生鼓脹。
二．過(guò)放導(dǎo)致的鼓包
在液態(tài)鋰離子電池首次充放電過(guò)程中，電極材料與電解液在固液相界面上發(fā)生反應(yīng)，形成一層覆蓋于電極材料表面的鈍化層。形成的鈍化層膜能有效地阻止電解液分子的通過(guò)，但Li+ 卻可以經(jīng)過(guò)該鈍化層自由地嵌入和脫出，具有固體電解質(zhì)的特征，因此這層鈍化膜被稱為“固體電解質(zhì)界面膜”( solid electrolyte interface) ，簡(jiǎn)稱SEI。
SEI膜對(duì)負(fù)極材料會(huì)產(chǎn)生保護(hù)作用，使材料結(jié)構(gòu)不容易崩塌，并且可以增加電極材料的循環(huán)壽命。SEI膜并非一成不變，在充放電過(guò)程中會(huì)有少許的變化，主要是部分有機(jī)物會(huì)發(fā)生可逆的變化。
電池過(guò)度放電后使得SEI膜發(fā)生可逆性破環(huán)，保護(hù)負(fù)極材料的SEI破壞后使得負(fù)極材料崩塌，從而形成鼓包現(xiàn)象。 1、鋰電池制造水平較低，電極涂層不均勻，生產(chǎn)工藝比較粗糙。
2、使用過(guò)程中過(guò)充電和過(guò)放電問(wèn)題。這兩個(gè)因素會(huì)導(dǎo)致鋰電池在使用過(guò)程中，內(nèi)部發(fā)生近似于短路的劇烈反應(yīng)，生成大量的熱，進(jìn)而導(dǎo)致電解質(zhì)分解氣化，電池就鼓起來(lái)了。
3、如果鋰電池長(zhǎng)期不使用，也沒有進(jìn)行適當(dāng)?shù)谋４嫣幚?。由于空氣在一定程度上是?dǎo)電的，鋰電池在滿電的狀態(tài)下長(zhǎng)期暴露于空氣中不使用，就相當(dāng)于電池的正負(fù)極直接接觸，造成慢性短路。
4、除了以上3點(diǎn)外，還有一些突發(fā)性的因素，比如充電時(shí)瞬間電壓過(guò)高（可能超過(guò)5V），瞬間電流過(guò)大，都會(huì)造成電池鼓包。
