鉅大LARGE | 點擊量：1393次 | 2021年03月27日
水分對鋰離子電池性能有什么影響
一、水分過量的弊端
在三元/石墨體系電池制作過程中，正極漿料的制備一般會選用油系分散體系，采用PVDF作為粘結劑，NMP作為溶劑。PVDF遇到過量的水分會生成膠狀的物質，導致漿料的流動性和流平性很差，不利于漿料的涂布。所以，在漿料制備時，必須注意原材料的水分含量、工作環(huán)境以及人員操作過程中水分的引入。
除了對鋰離子電池漿料制備有巨大的影響外，水分過量會引起電解液的分解。
二、痕量水分的意義
但是，鋰離子電池中并不是水分越少越好。大家了解，固體電解質界面（俗稱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、電池內阻等有顯著的影響。而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。
符合Exic IIB T4 Gc防爆標準
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
三、水分對鋰離子電池性能的影響
在不同的材料體系中，水分含量對電池的性能有很大的影響。但是，不變的是水分對鋰離子電池的首次充放電容量、內阻、電池循環(huán)壽命、電池體積均有影響。下面以鈷酸鋰/石墨體系電池來舉例說明。
1.對首次充放電容量的影響
水分與鋰離子電池中SEI的形成有關，必然會影響鋰離子電池的首次不可逆容量損失。
在電池中水分小于0.015%時，電池首次放電容量符合國標且變化較??；在電池水分在0.015%～0.04%范圍內時，電池首次放電容量隨電池中水分的新增而減小。當電池中水分含量小于0.015%時，以下反應占主導。
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，生成碳酸鋰。
2ROCO2Li+H2O→Li2CO3+CO2+2ROH
當生成CO2后,在低電位下的負極表面，有新的化學反應發(fā)生：
2CO2+2Li++2e→Li2CO3+CO
由此可見,適量水分有助于形成以Li2CO3為主、穩(wěn)定性好、均勻致密的SEI膜。當SEI膜完全覆蓋負極以后，不可逆反應立即停止。
當水分含量在0.0150%～0.04%范圍內時，鋰離子消耗量增多，電池充放電容量減少，對其有負面影響。
2.對電池內阻的影響
電池的內阻是電池最為重要的特性參數(shù)之一，是表征電池循環(huán)壽命和運行狀態(tài)的重要參數(shù)，是衡量離子和電子在電池內傳輸難易程度的重要標志。內阻大小重要受電池材料、制造工藝、電池結構等因素的影響。內阻越小，電池放電時所占用的電壓越小，輸出的能量越多。關于長期存儲的電池來說，內阻會隨著存儲時間的新增而升高，內阻超過一定值時會對電池的性能造成很大的影響。由于水分含量對鋰離子電池中SEI膜的質量有影響，簡介影響到了電池的內阻。
在EC/DMC/EMC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，其內阻較小。當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,導致電池內阻新增。
3.對電池容量衰減的影響
水分含量影響到電池SEI膜的性質，如均勻性和致密程度等，當SEI膜均勻致密時,電解液溶劑不易嵌入到負極中，占據(jù)Li+嵌入空位,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+嵌入空位被電解液溶劑占據(jù)相對較容易。Li2CO3是形成均勻致密SEI膜最重要的組分，EC/DMC/EMC電解液溶劑體系中，適量的水能促進以Li2CO3為主的SEI膜的形成，當水分含量足夠或者過量時，形成的SEI膜就越致密、均勻，溶劑嵌碳負極的概率就越小。這就是水分在0.015%～0.04%范圍內時,電池容量衰減隨水分含量新增而逐漸減小的原因。當水分小于0.015%時，在負極表面形成了較致密的SEI膜,使溶劑嵌入維持在平衡狀態(tài)。因此，電池容量衰減維持在比較穩(wěn)定的狀態(tài)。
4.對電池厚度的影響
隨著水分含量的新增，電池的厚度也在變大。當水分含量這是由于在SEI膜形成過程中會出現(xiàn)CO2、CO等氣體。并且當水分過量時，多余的水會繼續(xù)與LiPF6反應出現(xiàn)HF氣體。電池內部產(chǎn)氣量關系著電池的安全性，為防止電池出現(xiàn)嚴重的脹氣問題，要嚴格控制電池內部的水分。
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