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技術文章

淺論水分在鋰電池內(nèi)部的作用及影響

閱讀:1830          發(fā)布時間:2019-11-29

淺論水分在鋰電池內(nèi)部的作用及影響,固體電解質界面(Solid-ElectrolyteInterface,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碳酸鋰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。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。

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