锂电池低温析锂与高温析锂的原因
锂离子电池在充电时,锂离子从正极脱嵌并嵌入负极;但是当一些异常情况:如负极嵌锂空间不足、锂离子嵌入负极阻力太大、锂离子过快的从正极脱嵌但无法等量的嵌入负极等异常发生时,无法嵌入负极的锂离子只能在负极表面得电子,从而形成银白色的金属锂单质,这也就是常说的“析锂”。
1、电解液浸润不良析锂
电解液作为锂离子导通的通道,假如量少或未能充分浸润极片,就会引发析锂。
注液量少析锂:当注液量较少时,锂离子在正负极间迁移的路径受阻,从而造成细点状的未嵌锂区域或析锂区域。
失液量大析锂:即使保证注液量足够,电芯也依旧有电解液不足造成析锂的风险。极片压实过高造成吸液困难、注液后老化时间不够、夹具压力太大、除气抽真空过猛等原因都可能引发失液量过大析锂。
极片中心浸润不良析锂:电芯吸液时,电解液一般从电芯头尾部渗入到极片中心位置,假如给出的电解液浸润时间不足,则极片中心位置可能无法充分被电解液浸润,锂离子来到负极片中心位置,由于没有足够多的导通通道,而出现析锂。
负极压死+失液量大析锂:单纯负极压死或失液量大都会造成析锂,原理上文已讲。负极压实大,同时也会降低电芯的保液量,假如二者同时发生,就会造成非常严重的压死+保液量低析锂。
2、水含量超标析锂
过多的水分会与电解液中的锂盐(LiPF6)发生不可逆的副反应,从而降低电芯容量并引发产气。而水含量的来源又重要有两处:电解液水含量超标,注液前极片水含量超标。
电解液水含量超标析锂:电解液过期或存储条件不当引发水含量超标后,过量的水分会与LiPF6发生不可逆反应并生成LiF,从而消耗电解液中的锂离子、降低电芯容量。由于电芯中间部位反应活性高、四周低,因此电解液水含量超标的极片四周由于锂盐的分解而无法完全嵌锂。
注液前极片水含量超标析锂:其反应原理与电解液水含量超标一致,但是界面却比电解液水含量超标更为复杂:不仅极片周围存在嵌锂不充分区域,极片中心也会有不规则的未嵌锂区域乃至析锂。这说明极片中超标的水含量并不是与锂盐在“均一”的反应,反应程度更大、消耗锂盐更多的位置,更容易出现极片中间的未嵌锂区域。