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在正常電壓范圍內(nèi),產(chǎn)氣量較少,而且大多為碳?xì)浠衔铮?dāng)有異常產(chǎn)氣發(fā)生時(shí),會(huì)產(chǎn)生大量氣體,破壞電極界面結(jié)構(gòu),導(dǎo)致電解液分解失效,嚴(yán)重時(shí)沖破封裝區(qū)造成漏液,腐蝕危險(xiǎn)。
抑制異常產(chǎn)氣需要從材料設(shè)計(jì)和制造工藝兩方面著手。
首先要設(shè)計(jì)優(yōu)化材料及電解液體系,保證形成致密穩(wěn)定的SEI膜,提高正極材料的穩(wěn)定性,抑制異常產(chǎn)氣的發(fā)生。針對(duì)電解液的處理常常采用添加少量的成膜添加劑的方法使SEI膜更均勻、致密,減少電池在使用過程中的SEI膜脫落和再生過程產(chǎn)氣導(dǎo)致電池鼓脹。
相關(guān)研究已有報(bào)道并在實(shí)際中得到應(yīng)用,如哈爾濱理工大學(xué)的成夙等報(bào)道,使用成膜添加劑VC可以減少電池氣脹現(xiàn)象。但研究多集中在單組分添加劑上,效果有限。華東理工大學(xué)的曹長(zhǎng)河等人,采用VC與PS復(fù)合作為新型電解液成膜添加劑,取得了很好的效果,電池在高溫?cái)R置和循環(huán)過程中產(chǎn)氣明顯減少。
研究表明,EC、VC形成的SEI膜組分為線性烷基碳酸鋰,高溫下附在LiC的烷基碳酸鋰不穩(wěn)定,分解生成氣體(如CO2等)而產(chǎn)生電池鼓脹。而PS形成的SEI膜為烷基磺酸鋰,雖膜有缺陷,但存在著一定的二維結(jié)構(gòu),附在LiC高溫下仍較穩(wěn)定。當(dāng)VC和PS復(fù)合使用時(shí),在電壓較低時(shí)PS在負(fù)極表面形成有缺陷的二維結(jié)構(gòu),隨著電壓的升高VC在負(fù)極表面又形成線性結(jié)構(gòu)的烷基碳酸鋰,烷基碳酸鋰填充于二維結(jié)構(gòu)的缺陷中,形成穩(wěn)定附在LiC具有網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的SEI膜。此種結(jié)構(gòu)的SEI膜大大提高了其穩(wěn)定性,可以有效抑制由于膜分解導(dǎo)致的產(chǎn)氣。
此外由于正極鈷酸鋰材料與電解液的相互作用,使其分解產(chǎn)物會(huì)催化電解液中溶劑分解,所以對(duì)于正極材料進(jìn)行表面包覆,不但可以增加材料的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性,還可以減少正極與電解液的接觸,降低活性正極催化分解所產(chǎn)生的氣體。因此,正極材料顆粒表面形成穩(wěn)定完整的包覆層也是目前的一大發(fā)展方向。
其次要嚴(yán)格控制制造工藝過程參數(shù),保證封裝可靠性,防止電池內(nèi)部水分過量引起的脹氣,控制方法如下:
(1) 電芯卷繞完成后干燥充分,防止膜片中水分含量超標(biāo);
(2) 嚴(yán)格控制真空烘烤后電芯到注液時(shí)間及干燥房濕度;
(3) 保證注液手套箱密封性;
(4) 控制電解液中水分和游離酸含量;
(5)規(guī)范電解液存儲(chǔ)環(huán)境及密封條件,防止電解液在使用及存放過程中進(jìn)入過量水分;
(6) 采用閉口加壓化成或者外置氣囊化成后抽真空封口排氣;
(7) 采用多步化成和高溫?cái)R置工藝,保證產(chǎn)氣完全;
(8) 提高封裝可靠性。
總結(jié)
脹氣的產(chǎn)生主要有正?;僧a(chǎn)氣和異常產(chǎn)氣,要想抑制電池后期的異常產(chǎn)氣,需要從材料設(shè)計(jì)優(yōu)化和工藝控制兩方面著手;選用具有穩(wěn)定完整包覆層的正極材料,阻隔電解液與正極反應(yīng)分解,匹配具有成膜添加劑的電解液,有效保證SEI膜的穩(wěn)定性是抑制產(chǎn)氣發(fā)生的前提,工藝過程中要保證封裝可靠性,加強(qiáng)控制水及氧氣等體系敏感物質(zhì)進(jìn)入電池內(nèi)部是有效解決電池脹氣的途徑。