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電解液是鋰離子電池的四大主材之一，它對(duì)鋰離子電池過(guò)充過(guò)程中的產(chǎn)氣有重要影響，選擇合適的電解液配方可以不斷修復(fù)電池在循環(huán)過(guò)程中的SEI破損，保持電極材料的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，從而維持電芯容量和動(dòng)力學(xué)性能。從溶劑、鋰鹽、添加劑的角度去提升電解液在使用過(guò)程的安全性是目前電解液研究的重要方向。由于每種電解液成分都有各自的電化學(xué)反應(yīng)電位，若達(dá)到該電位則會(huì)發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，同時(shí)伴隨有一定量的氣體產(chǎn)生，導(dǎo)致電芯體積膨脹，甚至發(fā)生爆炸1-3。過(guò)充時(shí)電池的電壓較高，較易引起電解液中溶劑和添加劑的分解，造成產(chǎn)氣，但不同的充電倍率會(huì)對(duì)產(chǎn)氣起始電位和產(chǎn)氣量有影響，本文采用原位體積監(jiān)控儀（GVM），對(duì)鈷酸鋰/石墨電芯（理論容量1000mAh）進(jìn)行不同充電倍率條件下（0.5C/1.0C/2.0C/3.0C）的原位過(guò)充體積測(cè)試，對(duì)比分析電芯產(chǎn)氣行為。

實(shí)驗(yàn)設(shè)備與測(cè)試方法

1．實(shí)驗(yàn)設(shè)備:型號(hào)GVM2200（IEST元能科技），測(cè)試溫度范圍20℃~85℃，支持雙通道（2個(gè)電芯）同步測(cè)試，設(shè)備外觀如圖所示。

2.測(cè)試方法: 對(duì)電芯進(jìn)行初始稱重m0，將待測(cè)電芯放入設(shè)備對(duì)應(yīng)通道，開(kāi)啟MISG軟件，設(shè)置各通道對(duì)應(yīng)電芯編號(hào)和采樣頻率參數(shù)，軟件自動(dòng)讀取體積變化量，測(cè)試溫度，電流，電壓，容量等數(shù)據(jù)。

原位監(jiān)控鋰離子電芯過(guò)充產(chǎn)氣行為

1．充放電曲線和體積變化曲線分析
電芯的體積變化曲線與電壓及微分容量曲線如圖3(a)(b)(c)所示。采用不同的充電倍率對(duì)電芯進(jìn)行恒流過(guò)充至5V，從圖3(a)可看出，隨著充電倍率的增大，電芯過(guò)充至5V時(shí)對(duì)應(yīng)的充電容量減小，且0.5C和1.0C對(duì)應(yīng)的體積變化曲線會(huì)在電壓接近5V時(shí)出現(xiàn)明顯的拐點(diǎn)，產(chǎn)氣量急劇增加。從圖3(b)中的微分容量曲線可看出，隨著充電倍率的增加，在位置①和位置②處的兩組脫嵌鋰的峰位逐漸右移，說(shuō)明極化逐漸增大。圖3(c)是體積變化量曲線對(duì)電壓進(jìn)行微分后的曲線，可看出大約有3個(gè)產(chǎn)氣峰，而2.0C和3.0C的兩組曲線在第③個(gè)位置幾乎無(wú)明顯的峰出現(xiàn)。

電芯在4種倍率下充放電曲線(a)；微分容量曲線(b)；微分體積變化量曲線(c)

2.電芯容量及產(chǎn)氣電壓分析
不同倍率下的電芯充電容量和產(chǎn)氣曲線拐點(diǎn)電壓信息如表1和圖4所示。隨著充電倍率的增大，電芯的充電容量逐漸減小，且倍率從2C增大至3C時(shí)，容量的衰減速率也增大。從電芯的產(chǎn)氣量曲線可看出，在小倍率0.5C時(shí)的產(chǎn)氣量顯著大于1C以上的倍率對(duì)應(yīng)的產(chǎn)氣量。對(duì)比分析容量衰減曲線和產(chǎn)氣量衰減曲線可看出，隨著充電倍率的增大，導(dǎo)致電芯容量衰減的主要原因并不是產(chǎn)氣量的增加，有可能是由于倍率增大使得電芯極化增大，從而造成鋰離子的脫嵌更加困難。從體積變化量的微分曲線上可看出，三組產(chǎn)氣峰的對(duì)應(yīng)電壓均隨著倍率的增大而右移，當(dāng)倍率為3.0C時(shí)，沒(méi)有出現(xiàn)第三個(gè)產(chǎn)氣峰，說(shuō)明電芯極化的增大提升了電解液成份的分解電壓，使得電芯整體產(chǎn)氣更少。

不同倍率對(duì)應(yīng)的電芯充電容量及產(chǎn)氣相關(guān)信息

不同倍率下的容量及產(chǎn)氣量和產(chǎn)氣電壓分析曲線

本文采用一種可控溫雙通道原位產(chǎn)氣體積監(jiān)控儀，監(jiān)控鋰離子電芯在不同倍率過(guò)充條件下的產(chǎn)氣行為，可發(fā)現(xiàn)隨著充電倍率的增大，電芯的容量降低，產(chǎn)氣量減小，且產(chǎn)氣起始電壓增大，后續(xù)可結(jié)合產(chǎn)氣成分定性分析來(lái)進(jìn)一步探究不同的溶劑和添加劑的種類及含量對(duì)電芯過(guò)充產(chǎn)氣的影響，幫助研發(fā)人員開(kāi)發(fā)更安全可靠的電解液體系。