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【原創(chuàng)】成也蕭何敗也蕭何,磷酸鐵鋰電池中的水分竟有如此大的影響?


來源:中國粉體網(wǎng)   墨玉

[導(dǎo)讀]  磷酸鐵鋰電池具有工作電壓高、能量密度大、循環(huán)壽命長、安全性能好、自放電率小、無記憶效應(yīng)的優(yōu)點(diǎn)。磷酸鐵鋰的合成工藝也已基本完善,主要分為固相法和液相法,其中以高溫固相反應(yīng)法最為常用。不管是哪種工藝都擺脫不開它——水分。

中國粉體網(wǎng)訊  磷酸鐵鋰電池具有工作電壓高、能量密度大、循環(huán)壽命長、安全性能好、自放電率小、無記憶效應(yīng)的優(yōu)點(diǎn)。磷酸鐵鋰的合成工藝也已基本完善,主要分為固相法和液相法,其中以高溫固相反應(yīng)法最為常用。不管是哪種工藝都擺脫不開它——水分。


磷酸鐵鋰電池中的水分從何而來


正極:正極片如果使用的是納米材料,這種納米材料具有很強(qiáng)的吸水性,很容易周圍的空氣中吸收水分。


負(fù)極:負(fù)極片比正極片來說,吸水性相對(duì)低一點(diǎn),當(dāng)然,在沒有控制濕度的環(huán)境下,其從環(huán)境空氣中吸水?dāng)?shù)量也是相當(dāng)樂觀的。


隔膜紙:隔膜紙也是一種多孔性的塑料薄膜,其吸水性也是很大的。


電解液:電解液是一種非常怕水的物質(zhì),也非常容易吸水,它會(huì)和水進(jìn)行反應(yīng),如果水分足夠多,電解液會(huì)與其反應(yīng)直到消耗完為止。


其他金屬零件:金屬零件本身對(duì)水分的吸收有限,但是,金屬零件對(duì)水分卻很怕,因?yàn)樗值拇嬖跁?huì)使其生銹或者腐蝕。


水分對(duì)磷酸鐵鋰電池的好處


有機(jī)電解液中若存在痕量的水分和游離酸,會(huì)與電解液中的鋰鹽作用形成氟化物并沉積在負(fù)極表面,此沉積物的存在將對(duì)SEI膜的形成有著重要的作用。SEI膜形成于電池的首次充放電過程中,是鋰離子與溶劑(EC/DMC)、痕量水、HF等在石墨表面形成的一層鈍化膜。


SEI膜具有有機(jī)溶劑不溶性,在有機(jī)電解質(zhì)溶液中能穩(wěn)定存在,并且溶劑分子不能通過該層鈍化膜,從而能有效防止溶劑分子的共嵌入,避免了因溶劑分子共嵌入對(duì)電極材料造成的破壞,因而大大提高了電極的循環(huán)性能和使用壽命。但SEI膜的形成消耗了部分鋰離子,使得首次充放電不可逆容量增加,降低了電極材料的充放電效率。


水分對(duì)磷酸鐵鋰電池的壞處


痕量水分有利于電池形成SEI膜,但是水分含量過高會(huì)導(dǎo)致一系列問題。


如果水分過高,電解液和水分反應(yīng),生成有害氣體,對(duì)注液房環(huán)境有不良影響;這也會(huì)影響電解液本身的質(zhì)量,使得磷酸鐵鋰電池組性能不良;還會(huì)使電池柳釘生銹;生成的有害氣體還會(huì)引起電池內(nèi)部壓力增大,電池厚度增加,當(dāng)內(nèi)部壓力過高的時(shí)候電池就有爆炸的危險(xiǎn)。


水分含量多于體系形成SEI膜的所需含量時(shí),在SEI膜表面生成POF3和LiF沉淀,導(dǎo)致電池內(nèi)阻增加,電池性能降低。水分含量過高還會(huì)導(dǎo)致SEI膜的局部不致密、不均勻,因此容量衰減增加。


如何控制磷酸鐵鋰電池中的水分


  • 控制環(huán)境濕度


在條件允許的情況下,盡量將環(huán)境的濕度降到最低。尤其注液環(huán)境,電解液對(duì)水分十分敏感,是最容易受到水分的影響。所以在注液后,還未封口前,注液孔的密封也非常重要。


  • 對(duì)電池材料進(jìn)行干燥處理


通過烘烤,去除電池材料本身或吸收的水分,但這個(gè)方式的困難性也很高,需要牢牢的把控好烘烤時(shí)的溫度、真空性、烘烤時(shí)間等,稍有失誤,會(huì)嚴(yán)重影響到電池性能。


  • 生產(chǎn)制造過程水分控制


盡量減少磷酸鐵鋰電池材料在空氣中暴露的時(shí)間,可減少大量的水分,所以需要嚴(yán)格控制生產(chǎn)車間的操作過程。


參考來源:

鉅大LARGE.鋰電池中水分的來源,如何控制鋰離子電池水分

鉅大LARGE.水分含量對(duì)磷酸鐵鋰電池組性能的影響?

中國化學(xué)與物理電源行業(yè)協(xié)會(huì).技術(shù) | 預(yù)處理工藝對(duì)磷酸鐵鋰電池性能的影響

百度百科


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作者:墨玉

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