分析水分对锂离子电池的影响

2020-12-17      1758 次浏览

水对锂离子电池的影响及其控制


水分的影响


固体电解质界面膜是一种选择性膜,允许锂离子自由通过,而电解质分子则不能。电解液和微量添加剂的组成对SEI膜的电位、密度、不可逆容量损失和内阻有明显的影响。水作为电解液中的微量元素,对锂离子电池SEI膜的组成和电池功能有一定的影响。其重要性能是降低电池容量,放电时间较短,内阻增大,循环容量衰减,电池膨胀等现象,因此,在锂离子电池的制造过程中,有必要严格控制环境湿度和正极、负极数据,电解液含水量。


水分对排水能力的影响


电池的初级放电容量随着电池中加水而减小。在恒锂源条件下,电池一次放电容量的变化重要受两个重要因素的制约。


1.其组成和消耗部分为SEI膜的Li10,造成了不可逆容量的损失。单电子还原过程生成的碳酸烷基锂也可以与电解质中的微量水2ROC02Li+H2O→LieC03+C02+2ROH反应。


2.SEI膜组成后,在仍然存在H2O的情况下,H2O会促进电解质中LiPF6的分化,缩短电池放电时间。LiPF6→生活+PFs,PFs+H2O→POF3+2高频。


水分对锂离子电池内阻的影响


随着电池中加入水,内阻增大。造成电池电阻差异的重要原因如下:


1.SEI膜的差异导致了电池内阻的差异。在电解液溶剂体系中,微量水可以形成以Li2CO3为重要成分的SEI膜,稳定性好,均匀致密,内阻小。


2.当系统的含水率大于构成SEI膜的要求时,在SEI膜的表面会出现POF3和LiF沉淀,导致电池内阻的新增。


水分对电池循环容量衰减的影响


随着含水量的新增,电池容量衰减逐渐减小。这与SEI膜的细度和均匀性有关。当SEI膜均匀细腻时,电解液溶剂不易嵌入负极,占据了Li10的嵌入空间,因此容量衰减很小。相反,当SEI膜的各部分不精细、不均匀时,Li10嵌入空位被电解液溶剂占据相对简单。LieC03是构成均匀致密SEI膜的最重要的组成部分。在电解液-溶剂体系中,当含水率过高时,会导致部分SEI膜不致密、不均匀,从而新增了体积衰减。


电池膨胀重要是由于SEI膜形成后水的存在,它将LiPF6区分为HF气体。


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