锂电池-常见问题原因及对策

汽车 2025-01-01 19:13 北京

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1、过滤堵孔

原因：

1) 活性物质润湿差，没有分散；

2) SBR 破乳导致的不能过滤；

对策：

1) 采用捏合工艺;

2) SBR 加入浆料体系之后，要把自转的搅拌速度降低，防止破乳的发生；

2、浆料凝胶

原因：

凝胶产生主要分为两种，一种是物理凝胶，另一种是化学凝胶。

1）物理凝胶：阴极活性材料、SP、溶剂 NMP 已吸水，或环境中的水含量超标，容易形成物理凝胶。这是因为在颗粒的周围包裹有 PVDF 的高分子链，当浆料中分含量超标时，高分子链运动受阻，高分子链之间相互缠结，降低了浆料的流动性，出现凝胶现象。

2）化学凝胶：在制备高镍或高碱性活性材料的过程或静止过程中，容易产生化学凝胶现象。这是因为 PVDF 在碱基的高 pH 环境（如下图所示），高分子主链容易脱 HF 生成双键，同时浆料中存在的水分或者溶剂中的胺进攻双键，形成交联，从而严重影响降低了生产能力，恶化电池性能。一般随着活性材料碱性的增大，浆料凝胶现象越严重。

对策：

1）物理凝胶：可通过严格控制原料和环境中的水分，浆料存储时采用适当速度搅拌加以控制。

2）化学凝胶：可通过一下方法加以控制：

活性物质及导电碳分散前需烘烤，除去所吸附的水分；提高 NMP 纯度；

在匀浆过程中严格控制环境水分；

来料降低 NCM 颗粒表面游离 Li，以便降低 NCM 材料的碱性；

开发 Anti-gel PVDF，开发思路如下图，接枝其他基团取代单元基团- CH2-CF2- 中 H/F，抑制聚合物中连续的脱 HF 反应，减少交联位点的比例。目前采用的接枝基团或改性基团多为乙烯基醚、六氟丙烯、四氟乙烯等单体。

开发非 PVDF 类阴极粘合剂，因为上述解决方法并不能被完全抑制 PVDF 脱 HF反应，如果开发高碱性阴极材料(高镍材料，NCA)或者添加功能性添加剂(Li2CO3，呈碱性)，还是会有浆料凝胶的风险，因此目前正在开发非 PVDF 类阴极粘合剂，以彻底解决这一问题。

3、浆料沉降

原因：

1) 选用的 CMC 种类不适用，CMC 的取代度和分子量会一定程度的影响浆料稳定性，例如取代度低的 CMC 亲水性差，对石墨的润湿性好，但浆料的悬浮能力差；

2) CMC 用量少，不能有效的悬浮住浆料；

3) 捏合过程参与捏合的 CMC 用量太多，导致游离在颗粒之间、起悬浮作用的 CMC用量不足，往往会导致浆料稳定性不好；

4) 高的机械作用力、浆料的酸碱性波动都可能会导致 SBR 的破乳，从而使得浆料沉降；

对策：

1) 换用或者搭配取代度高、分子量大的 CMC，例如量产配方中 WSC 与 CMC2200的搭配使用，WSC 本身分子量低、取代度低，对石墨的润湿好、悬浮能力弱，搭配 CMC2200之后，浆料的稳定性得到了大幅的提升；

2) 增加 CMC 的用量是提升浆料稳定性的最有效的手段之一，但要找到工序能力和电池的低温性能的平衡点；

3) 减少捏合的 CMC 用量，提高游离 CMC 的含量，可以一定程度的提升浆料稳定性；

4) SBR 加入浆料体系之后，要把自转的搅拌速度降低；

4、电池高温膨胀/变形

原因：

1）当聚合物分子中有较多极性官能团时，聚合物较容易吸收水分，水分在高温存储中会与锂离子发生反应，生成氢气。

2）当聚合物较硬时，会造成极片内部内应力较大，在充放电过程中由于内应力的释放，从而导致极片扭曲变形，最终导致电池变形。

对策：

1）通过控制电芯中水分，或高温高 SOC 化成工艺。

2）添加增塑剂，减少极片内应力。

5、电池循环衰减快

原因：

1）粘结剂在高温下溶胀过大，导致颗粒间连续的导电网络被破坏；

2）粘结剂在高温下稳定性较差，易溶出或与 Li 发生化学反应；

3）经电解液高温浸泡后，粘结剂的强度降低，无法有效抑制活性材料在循环过程中的粉化破裂；

对策：

1）选用或搭配使用 Tg 较高的粘结剂，适当降低其与电解液的亲和性，减少其在高温下的溶胀破坏。

2）对于循环膨胀较大的硅阳极负极材料，可选用高模量 binder，如 PA/PI/PAI 类，有效抑制或减少硅颗粒在循环过程中的破裂、粉化。

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