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锂电池发生鼓胀的原因有哪些?

来源:www.china-woodcraft.com 发布时间:2019年09月10日

大家在使用锂电池的时候又是会发现锂电池出现鼓胀的情况,这是为什么呢?引起软包锂离子电池鼓胀的原因有很多。根据实验研发经验,云南锂电池将鼓胀的原因分为三类,一是电池极片在循环过程中膨胀导致的厚度增加;二是由于电解液氧化分解产气导致的鼓胀。三是电池封装不严引进水分、角位破损等工艺缺陷引起的鼓胀。在不同的电池体系中,电池厚度变化的主导因素不同,如在钛酸锂负极体系电池中,鼓胀的主要因素是气鼓;在石墨负极体系中,极片厚度和产气对电池的鼓胀均起到促进作用。

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(1)SEI膜形成 锂离子电池首次充放电过程中,电解液在石墨颗粒在固液相界面发生还原反应,形成一层覆盖于电极材料表面的钝化层(SEI膜),SEI膜的产生使阳极厚度显著增加,而且由于SEI膜产生,导致电芯厚度增加约4%。从长期循环过程看,根据不同石墨的物理结构和比表面,循环过程会发生SEI的溶解和新SEI生产的动态过程,比如片状石墨较球状石墨有更大的膨胀率。

(2)荷电状态 电芯在循环过程中,石墨阳极体积膨胀与电芯SOC呈很好的周期性的函数关系,即随着锂离子在石墨中的不断嵌入(电芯SOC的提高)体积逐渐膨胀,当锂离子从石墨阳极脱出时,电芯SOC逐渐减小,相应石墨阳极体积逐渐缩小。

(3)工艺参数 从工艺参数方面看,压实密度对石墨阳极影响较大,极片冷压过程中,石墨阳极膜层中产生较大的压应力,这种应力在极片后续高温烘烤等工序很难完全释放。电芯进行循环充放电时,由于锂离子的嵌入和脱出、电解液对粘接剂溶胀等多个因素共同作用,膜片应力在循环过程得到释放,膨胀率增大。另一方面,压实密度大小决定了阳极膜层空隙容量大小,膜层中孔隙容量大,可以有效吸取极片膨胀的体积,空隙容量小,当极片膨胀时,没有足够的空间吸取膨胀所产生的体积,此时,膨胀只能向膜层外部膨胀,表现为阳极片的体积膨胀。

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(4)其他因素 粘接剂的粘接强度(粘接剂、石墨颗粒、导电碳以及集流体相互间界面的粘接强度),充放电倍率,粘接剂与电解液的溶胀性,石墨颗粒的形状及其堆积密度,以及粘接剂在循环过程失效引起的极片体积增加等,均对阳极膨胀有一定程度的影响。

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