【干货】常见的电芯析锂原因分析及整改

科技   2024-11-14 17:07   上海  







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来源:锂电前沿

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导语
据悉析锂一般发生于充电过程,而充电又是负极与电解液发生反应的过程,如果负极与电解液之间不匹配,则会造成多种多样的界面异常。但是由于个中原理较为复杂,目前仅能对此类问题阐述皮毛。

01


电解液与负极不匹配析锂

不匹配造成的轻微均匀析锂

原理:当电解液与负极不匹配时,可能造成形成的SEI膜较厚不利于锂离子导通,也可能由于电解液浸润不好而引发析锂。图一图二为文武之前遇到的一次高压实负极首次开发样品的析锂,图三图四为文武刚开始接触高电压电解液时试验电芯界面,二者后来分别通过换负极、换电解液得以改善,但是深入的原理未知。

改善评估好稳定的材料体系(下同,不再赘述)。

不匹配造成的严重析锂

原理:本例素材由群友提供,其在评估某款低成本电解液时遇到了上述现象,而使用正常电解液的电芯界面则没有异常。我们可以简单地推测出电解液与负极发生了严重的副反应,但是深入原理恐怕难以触及。

负极黑斑

原理本图片来自于国内某一线企业的分析报告,公众号动力电池BMS,经过后续对黑斑位置的XRD分析,发现该处负极主要为未充分嵌锂的LiC12;经过对黑斑的SEM分析,发现该位置石墨负极有分层、颗粒破碎的现象;经过电解液成分及反应原理分析,发现是电解液中的PC造成了石墨的分层。

改善对于天然石墨而言,需慎用含PC的电解液。

负极黑点

原理本图片来自于一款文武之前遇到的新材料体系中试图片,电芯批量低容,50%的电芯拆解后有以上负极黑点异常。由于当时分析手段有限,截止到目前也只能推测这次黑点异常与上面的黑斑异常原理接近,一些化成时的不充分条件如低温、不合适的电流或SOC等造成了黑点,“点”与“斑”的差异只是同一问题的不同表象。

02


电解液浸润不良析锂


综述:电解液作为锂离子导通的通道,公众号动力电池BMS,如果量少或未能充分浸润极片,就会引发析锂。

注液量少析锂

原理当注液量较少时,锂离子在正负极间迁移的路径受阻,从而造成细点状的未嵌锂区域或析锂区域。

特点若锂离子无法迁移至负极则会造成该位置形成细点状的未嵌锂区域(图1的内圈负极),若锂离子迁移至负极但是无法嵌入负极内部则会引发析锂(图二)。

改善通过极片、隔膜孔隙率及电解液密度算出注液量,新型号本着宁多勿少的原则设计注液量。

失液量大析锂

原理即使保证注液量足够,电芯也依旧有电解液不足造成析锂的风险。极片压实过高造成吸液困难、注液后老化时间不够、夹具压力太大、除气抽真空过猛等原因都可能引发失液量过大析锂。

特点公众号动力电池BMS,与注液量不足相似,失液量过大的界面也同时有细点状未嵌锂区域及析锂区域共同构成。

改善确定材料体系保证性能的最低保液量要求,除气时记录好失重。

极片中心浸润不良析锂

原理电芯吸液时,电解液一般从电芯头尾部渗入到极片中心位置,如果给出的电解液浸润时间不足,则极片中心位置可能无法充分被电解液浸润,锂离子来到负极片中心位置,由于没有足够多的导通通道,而产生析锂。

特点此类异常在圆柱电芯更为常见。

改善增加注液后老化时间及温度,适当降低装配比。

负极压死+失液量大析锂

原理单纯负极压死或失液量大都会造成析锂,原理上文已讲。负极压实大,同时也会降低电芯的保液量,如果二者同时发生,就会造成非常严重的压死+保液量低析锂。

特点析锂的形状分布与压死接近,但是析锂程度比单纯压死的更严重,极片、隔膜也很干。

改善控制负极压实,辊压后不要发亮,除气过程控制失液量。



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