在分析電池包微環(huán)境透濕和溫濕度數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)上,以一款小型動力電池包為研究對象,進(jìn)行電池包箱體內(nèi)外濕度擴(kuò)散試驗,通過對箱體內(nèi)外溫度、濕度以及氣壓數(shù)據(jù)的實時監(jiān)測,獲得電池包箱體內(nèi)外濕度擴(kuò)散特性。然后對動力電池單體進(jìn)行高溫高濕擱置,通過擱置前后電池性能對比,濕熱環(huán)境載荷對電池的影響程度。論文的研究成果對動力電池包濕熱環(huán)境防護(hù)設(shè)計和動力電池包環(huán)境適應(yīng)性試驗有參考價值,對動力電池包的評價體系的建立也具有一定指導(dǎo)意義。

 

　　高鎳正極配硅碳負(fù)極已經(jīng)被行業(yè)內(nèi)公認(rèn)為高比能量鋰離子動力電池的技術(shù)路線。而高鎳正極面臨很多問題，其中原材料的保存、電池生產(chǎn)環(huán)境要求高是巨大的挑戰(zhàn)。本文簡單總結(jié)下環(huán)境因素，特別是濕度對高鎳正極材料特性的影響，理解錯誤之處請大家批評指正。

 

　　對于鎳基材料，顆粒表面會發(fā)生自發(fā)反應(yīng)，Ni3+轉(zhuǎn)變?yōu)镹i2+，釋放O2-，當(dāng)鎳含量高的材料(NMC622、NMC811、NCA等)暴露在空氣中時，更容易吸收空氣中的二氧化碳和水，發(fā)生如下反應(yīng)：

　　這樣在顆粒表面形成Li2CO3和LiOH層，材料中Ni比例高，PH值也越高，而Li2CO3和LiOH消耗了材料中的Li，又不具備電化學(xué)活性，因此會造成容量衰減，而且顆粒表面致密的Li2CO3層阻礙Li的擴(kuò)散，影響電池性能。LiOH也會與PVDF和LiPF6反應(yīng)，對電池工藝和性能產(chǎn)生不利影響。

 

　　材料與空氣的反應(yīng)會在原材料保存、電極制備、極片存儲等整個過程進(jìn)行，因此，對于高鎳材料，從原材料到整個電池生產(chǎn)過程都需要嚴(yán)格的環(huán)境控制，特別是水分控制。如果水分與材料已經(jīng)發(fā)生了反應(yīng)，通過常規(guī)的干燥過程根本無法再次去除水分的影響，電極漿料的制備、極片制造等環(huán)節(jié)都需要在干燥環(huán)境內(nèi)進(jìn)行，一般地，高鎳正極電池的生產(chǎn)過程都需要露點-30℃環(huán)境。

 

　　如果高鎳正極材料顆粒表面吸收空氣中的水分，反應(yīng)產(chǎn)生了LiOH，這就會對極片制造工藝過程產(chǎn)生嚴(yán)重的影響。在高鎳正極漿料制備過程中，PVDF溶解于NMP中，材料表面的堿性基團(tuán)會攻擊相鄰的C-F、C-H鍵，PVDF很容易發(fā)生雙分子消去反應(yīng)，會在分子鏈上形成一部分的碳碳雙鍵，反應(yīng)如下：

 

　　當(dāng)PVDF內(nèi)雙鍵増加時，其粘結(jié)力也會増加，這會導(dǎo)致漿料粘度増加，甚至漿料形成凝膠狀態(tài)。因此，高鎳正極漿料在制備和涂布過程，環(huán)境濕度對其影響巨大，如果再工藝過程中吸水反應(yīng)，特別容易造成漿料性質(zhì)發(fā)生變化，導(dǎo)*片制造過程出現(xiàn)品質(zhì)不穩(wěn)定，工藝一致性差等問題，形成凝膠漿料時，甚至涂布過程無法進(jìn)行。

 

　　而且，當(dāng)PVDF內(nèi)雙鍵増加導(dǎo)致粘結(jié)力増加時，極片脆性増加特別容易發(fā)生斷裂，極片輥壓、分切等工藝收放卷過程中，極片斷裂造成工藝過程無法進(jìn)行。如果電池是方形卷繞工藝，在卷芯拐角處會造成極片斷裂或者掉料的情況。

 

　　LiOH會與Al箔發(fā)生如下反應(yīng)：

 

　　6OH-+2Al+6H2O→6OH-+2Al(OH)3+3H2

 

　　Al被腐蝕之后，機(jī)械強度降低，電池電化學(xué)性能和安全性都會受到影響，而且箔材被腐蝕表面性質(zhì)變化，涂層剝離強度會降低，極片的機(jī)械性能和電性能都會受到影響。

 

　　此外，LiOH也會與LiPF6反應(yīng)，消耗電解液中的Li離子，產(chǎn)生HF氣體，它可以使電池內(nèi)部的金屬零件腐蝕，進(jìn)而使電池*終漏液。而且HF破壞SEI膜，會與SEI膜主要成分持續(xù)發(fā)生反應(yīng)：

 

　　ROCO2Li+HF→ROCO2H+LiF

 

　　LiCO3+2HF→H2CO3+2LiF

 

　　動力電池包密封的新材料應(yīng)用

 

　　隨著近年來鋰離子電池能量密度的不斷提升，容量更高的NCM622和NCM811材料逐漸替代了傳統(tǒng)的NCM111材料，從而使得動力電池的能量密度有了大幅的提升，因此近期推出的電動汽車的續(xù)航里程普遍都在400km以上，部分高端車型的續(xù)航里程甚至已經(jīng)達(dá)到了500km以上。常識告訴我們隨著Ni含量的提高，正極材料更加容易“吸水”，因此對于操作環(huán)境的要求也在不斷提升，但是我們對于正極材料究竟是如何“吸水”的機(jī)理認(rèn)識還不夠深入。因此，我們要借助更為有效的材料針對外部環(huán)境的濕度進(jìn)行阻隔!

 

　　德耐隆Telite®防水吸音隔材料，亦稱之為固態(tài)密封墊片、固態(tài)墊片。它是一種呈固態(tài)狀的新型高分子疏水憎油 (憎水率99%)密封材料。廣州市綠原環(huán)保材料有限公司的德耐隆Telite®防水吸音隔材料與液體密封膩子有所不同，液態(tài)密封膠需要給一定的外界緊固力，才能發(fā)揮其密封作用，因此有人稱它為"液體墊片"。它與固體墊片，如橡膠、石棉、金屬、紙質(zhì)等材料做成的墊片不同，它具有不易燃且憎水性好，因此不存在固體墊片起密封作用時必然產(chǎn)生的壓縮變形，因而也沒有內(nèi)應(yīng)力、松弛、蠕變和彈性疲勞破壞等導(dǎo)致泄漏的因素。由于它可以充滿結(jié)合面之間的凹陷和縫隙，消除界面泄漏，因而是一種較理想的疏水型保溫隔熱、降噪材料。

 

　　德耐隆Telite®防水吸音隔材料可以在-180℃--240℃的環(huán)境下正常工作，而且不易燃，疏水憎油 (憎水率99%)同時保持著優(yōu)異的密封性能。德耐隆Telite®防水吸音隔材料可以單獨用來密封pack箱體，也可以配合密封圈使用，完全可以滿足IP67的要求。在pack箱體需要維修時，可以隨時打開，由于德耐隆Telite®防水吸音隔材料是固體，可以反復(fù)使用，不用去除殘膠和二次打膠。

 

　　*后，在電池內(nèi)部產(chǎn)生LiF沉淀，使鋰離子在電池負(fù)極片發(fā)生不可逆轉(zhuǎn)的化學(xué)反應(yīng)，消耗活性鋰離子，電池的能量就減少了。