水分對鋰電池的影響

水分對鋰電池的影響以及控制

水分的影響

固體電解質(zhì)界面(Solid-Electrolyte Interface，簡稱SEI)膜是一層選擇性透過膜，能使Li+自由透過，而電解液分子不能透過。電解液的組成和痕量的添加劑對SEI膜形成的電位、致密程度、電池不可逆容量損失、電池內(nèi)阻等有顯著的影響。水作為電解液中一種痕量組分，對鋰離子電池SEI膜的形成和電池性能有一定的影響。主要表現(xiàn)為電池容量變小，放電時間變短，內(nèi)阻增大，循環(huán)容量衰減，電池膨脹等現(xiàn)象，因此，在鋰離子電池的制作過程中，必須嚴格控制環(huán)境的濕度和正負極材料、電解液的含水量。

水分對放電容量的影響

電池放電容量隨電池中水分的增加而減小。在鋰源恒定的條件下，電池放電容量的變化主要由2 個主要因素制約。

1. SEI膜的形成消耗部分Li十，造成不可逆容量損失，單電子還原過程生成的烷基*還可以與電解液中的痕量水發(fā)生反應， 2ROC02Li+ H2O →LieC03+C02+2ROH，當生成C02后，在低電位下的負極表面，有新的化學反應發(fā)生2C02+2Li++2e→LieC03+CO。

2、SEI膜形成以后，在仍然有H2O 存在的條件下，H2O 會促使電解液中LiPF6的分解，使電池放電時間縮短，LiPF6→LiF +PFs，PFs+H2O →POF3+2HF。

水分對鋰電池內(nèi)阻的影響

隨著電池水分的增加，內(nèi)阻呈上升的趨勢。產(chǎn)生電池內(nèi)阻差異的主要因素有如下2 個方面。

1. SEI膜的差異導致電池內(nèi)阻的差異。在電解液溶劑體系中，痕量的水能夠形成以Li2CO3為主、穩(wěn)定性好、均勻致密的SEI膜，其內(nèi)阻較小。
2. 水分含量多于體系形成SEI膜的所需含量時，在SEI膜表面生成POF3和LiF沉淀，導致電池內(nèi)阻增加。

水分對電池循環(huán)容量衰減的影響

電池容量衰減隨水分含量增加而逐漸減小。這與SEI膜的致密程度和均勻性有關(guān)。當SEI膜均勻致密時，電解液溶劑不易嵌人到負極中，占據(jù)Li十嵌人空位，因此容量衰減很少。與此相反，當SEI膜的局部不致密、不均勻時，Li十嵌人空位被電解液溶劑占據(jù)相對較容易。LieC03是形成均勻致密SEI膜zui主要的組分，電解液溶劑體系中，當水分含量過量時，會導致SEI膜的局部不致密、不均勻，因此容量衰減增加。

電池會膨脹主要是因為SEI膜生成后水的存在使LiPF6分解生成HF氣體。

水分的控制

在鋰電池行業(yè)內(nèi)，水分的含量除了某些客觀因素以外，主要還是主觀因素決定。

在鋰電行業(yè)，水分的含量用露點表示，鋰電池干燥房或手套箱的露點應≤-40℃，在電池生產(chǎn)過程中，手套箱和干燥房的露點溫度值的變化直接取決于干燥設(shè)備是否正常運行。而干燥設(shè)備是否正常運行主要依靠露點儀去監(jiān)測。但因為鋰電池干燥房或手套箱含有高濃度的氫氟酸，氫氟酸對露點探頭的腐蝕特別嚴重，因此，露點儀品牌的選擇成為了鋰電池品質(zhì)*zui為頭痛的問題。

光宇集團選用了一款DP350露點儀，壽命要比市面上常規(guī)的露點儀壽命要長很多。經(jīng)了解，該款露點儀是一家叫珠海歐伯特的公司專門針對鋰電行業(yè)腐蝕嚴重這個問題特別研發(fā)的一款露點儀。

DP350露點儀的傳感器是用各個品牌露點傳感器進行實驗對比后選用了一款耐化學污染的高聚合物傳感器，該傳感器帶有智能加熱功能，根據(jù)環(huán)境的變化智能加熱把芯片表面的污染物蒸發(fā)掉。為了更好地保護探頭芯片不被腐蝕zui大限度地延長傳感器的壽命，根據(jù)氫氟酸的化學性質(zhì)，歐伯特公司與某大學李教授合作研發(fā)了一種防氫氟酸腐蝕膜以及一款吸附氫氟酸的假期保護筒。而DP350露點儀還配備便攜金屬機箱，該機箱帶有饋電輸出以及報警功能，可在線也可便攜使用，達到一款儀器多種用途的效果。