软包锂离子电池鼓包汇总
2019-11-23
锂离子电池鼓胀是一个常见的问题,特别是大的铝壳和软包电池,锂电池鼓胀的原因分为三类:
一是电池极片的厚度变化导致的鼓胀;
二是由于电解液氧化分解产气导致的鼓胀。
三是电池封装不严引进水分、角位破损等工艺缺陷引起的鼓胀。
电池鼓胀,一方面电池厚度和应力的改变可能引起电池性能的变化,对电池的寿命和可靠性造成不利的影响。另一方面也制约了电池的成组设计。
电池内部产气是导致电池鼓胀的一个重要原因,无论是电池在常温循环、高温循环、高温搁置时,其均会产生不同程度的鼓胀产气。据目前研究结果显示,引起电芯胀气的本质是电解液发生分解所致。
一、电池极片的厚度变化又存在以下几种情况:
(1)极片辊压后,搁置时厚度的反弹,压实密度越大反弹越大;在相同的应力下,粘接剂弹性模量越大,极片搁置反弹越小,干燥也会导致极片反弹。
(2)极片吸收电解液溶胀,极片厚度增加。
(3)充放电过程中,锂嵌入导致晶格参数变化引起的电极膨胀。
本文主要介绍锂离子电池石墨负极锂化以及极片膨胀过程。
二、电池产气引起的鼓胀
电池内部产气是导致电池鼓胀的另一重要原因,无论是电池在常温循环、高温循环、高温搁置时,其均会产生不同程度的鼓胀产气。电池在首次充放电过程中,电极表面会形成SEI (Solid Electrolyte Interface)膜。负极SEI膜的形成主要来于EC(Ethylene Carbonate)的还原分解,在烷基锂和Li2CO3的生成的同时,会有大量的CO和C2H4生成。溶剂中的DMC (Dimethyl Carbonate)、EMC (Ethyl Methyl Carbonate)也会在成膜过程中成RLiCO3和ROLi,伴随产生CH4、C2H6和C3H8等气体与CO气体。在PC (Propylene carbonate)基电解液中,气体的产生相对较多,主要是PC还原生成的C3H8气体。储存和长期充放电过程中也会有气体的产生,对于密封的锂离子电池而言,大量的气体出现会造成电池气胀,从而影响电池的性能,缩短电池的使用寿命。
在不同体系中,电池产鼓胀程度不同。在石墨负极体系电池中,产气鼓胀的原因主要还是如上所述的SEI膜生成、电芯内水分超标、化成流程异常、封装不良等,而在钛酸锂负极体系中,产业界普遍认为 Li4Ti5O12电池的胀气主要是材料自身容易吸水所导致的,但没有确切证据来证明这一猜测。
三、工序异常导致产生气体引起膨胀
封装不良,由封装不良所引起胀气电芯的比例已经大大地降低。前面已经介绍了引起Top sealing、Side sealing和Degassing三边封装不良的原因,任何一边封装不良都会导致电池芯,表现以Top sealing 和Degassing居多,Top sealing主要是Tab位密封不良,Degassing主要是分层(包括受电解液和凝胶影响导致PP与Al脱离)。封装不良引起空气中水分进入电池芯内部,引起电解液分解产生气体等。
四 抑制异常产气的措施
抑制异常产气需要从材料设计和制造工艺两方面着手。
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