水分含量對充電機充電鋰離子蓄電池性能的影響有多大？
2017-10-10 12:02:36??????點擊：
影響充電機充電鋰電池功能的要素有許多，比如資料品種、正負(fù)極壓實密度、水分、涂布面密度及電解液用量等。其間水分對充電機充電鋰離子蓄電池的功能有著至關(guān)重要的影響，水分是充電機充電鋰離子蓄電池出產(chǎn)進(jìn)程中需求嚴(yán)格控制的關(guān)鍵要素，水分過量時不光能夠?qū)е码娊庖褐袖圎}的分化并對正負(fù)極資料、集流體都有必定的腐蝕損壞效果，并且也導(dǎo)致充電機充電蓄電池的循環(huán)功能及安全功能的下降。可是痕量的水分又有重要的含義，下面詳細(xì)介紹下水分對充電機充電鋰電池功能的影響。
一、水分過量的壞處
在三元/石墨系統(tǒng)充電機充電蓄電池制作進(jìn)程中，正極漿料的制備一般會選用油系渙散系統(tǒng)，選用PVDF作為粘結(jié)劑，NMP作為溶劑。PVDF遇到過量的水分會生成膠狀的物質(zhì)，導(dǎo)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，有必要留意原資料的水分含量、工作環(huán)境以及人員操作進(jìn)程中水分的引入。
除了對充電機充電鋰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化。反響如下所示：
氫氟酸是一種腐蝕性特別強的酸，會對充電機充電鋰電池正負(fù)極資料、集流體構(gòu)成嚴(yán)峻的損壞，終究導(dǎo)致充電機充電蓄電池呈現(xiàn)安全性問題。
二、痕量水分的含義
可是，充電機充電鋰電池中并不是水分越少越好。我們知道，固體電解質(zhì)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膜構(gòu)成的電位、細(xì)密程度、充電機充電蓄電池不行逆容量丟失、充電機充電蓄電池內(nèi)阻等有顯著的影響。而水作為電解液中一種痕量組分，對充電機充電鋰離子蓄電池SEI膜的構(gòu)成和充電機充電蓄電池功能有必定的影響。
三、水分對充電機充電鋰電池功能的影響
在不同的資料系統(tǒng)中，水分含量對充電機充電蓄電池的功能有很大的影響?？墒牵蛔兊氖撬謱Τ潆姍C充電鋰電池的初次充放電容量、內(nèi)阻、充電機充電蓄電池循環(huán)壽數(shù)、充電機充電蓄電池體積均有影響。下面以鈷酸鋰/石墨系統(tǒng)充電機充電蓄電池來舉例說明。
1.對初次充放電容量的影響
水分與充電機充電鋰電池中SEI的構(gòu)成有關(guān)，必然會影響充電機充電鋰電池的初次不行逆容量丟失。如圖1所示：
圖1.水分含量對充電機充電蓄電池充放電容量影響
在充電機充電蓄電池中水分小于0.015%時，充電機充電蓄電池初次放電容量契合國標(biāo)且改變較小；在充電機充電蓄電池水分在0.015% ～ 0.04%范圍內(nèi)時，充電機充電蓄電池初次放電容量隨充電機充電蓄電池中水分的添加而減小。當(dāng)充電機充電蓄電池中水分含量小于0.015%時，以下反響占主導(dǎo)。
單電子還原進(jìn)程生成的烷基碳酸鋰還能夠與電解液中的痕量水發(fā)作反響，生成碳酸鋰。
2ROCO2 Li+H2O →Li2CO3 +CO2 +2ROH
當(dāng)生成CO2后, 在低電位下的負(fù)極外表，有新的化學(xué)反響發(fā)作：
2CO2+2Li+ +2e →Li2CO3 +CO
由此可見,適量水分有助于構(gòu)成以Li2CO3為主、穩(wěn)定性好、均勻細(xì)密的SEI膜。當(dāng)SEI膜徹底覆蓋負(fù)極今后，不行逆反響立即中止。
當(dāng)水分含量在0.0150%～ 0.04%范圍內(nèi)時，鋰離子消耗量增多，充電機充電蓄電池充放電容量削減，對其有負(fù)面影響。
2.對充電機充電蓄電池內(nèi)阻的影響
充電機充電蓄電池的內(nèi)阻是充電機充電蓄電池最為重要的特性參數(shù)之一，是表征充電機充電蓄電池循環(huán)壽數(shù)和運轉(zhuǎn)狀況的重要參數(shù)，是衡量離子和電子在充電機充電蓄電池內(nèi)傳輸難易程度的首要標(biāo)志。內(nèi)阻巨細(xì)首要受充電機充電蓄電池資料、制作工藝、充電機充電蓄電池結(jié)構(gòu)等要素的影響。內(nèi)阻越小，充電機充電蓄電池放電時所占用的電壓越小，輸出的能量越多。關(guān)于長時刻存儲的充電機充電蓄電池來說，內(nèi)阻會跟著存儲時刻的添加而升高，內(nèi)阻超越必定值時會對充電機充電蓄電池的功能構(gòu)成很大的影響。因為水分含量對充電機充電鋰電池中SEI膜的質(zhì)量有影響，簡介影響到了充電機充電蓄電池的內(nèi)阻。
在EC/DMC /EMC 電解液溶劑系統(tǒng)中, 痕量的水能夠構(gòu)成以Li2CO3為主、穩(wěn)定性好、均勻細(xì)密的SEI膜，其內(nèi)阻較小。當(dāng)水分含量多于系統(tǒng)構(gòu)成SE I膜的所需含量時, 在SEI膜外表生成POF3和LiF沉積, 導(dǎo)致充電機充電蓄電池內(nèi)阻添加。如圖2所示：
圖2.水分含量對充電機充電蓄電池內(nèi)阻的影響
3.對充電機充電蓄電池容量衰減的影響
水分含量影響到充電機充電蓄電池SEI膜的性質(zhì)，如均勻性和細(xì)密程度等，當(dāng)SE I膜均勻細(xì)密時, 電解液溶劑不易嵌入到負(fù)極中，占有Li+嵌入空位, 因而容量衰減很少。與此相反，當(dāng)SEI膜的部分不細(xì)密、不均勻時， Li+嵌入空位被電解液溶劑占有相對較簡單。Li2CO3是構(gòu)成均勻細(xì)密SEI膜最首要的組分，EC /DMC /EMC 電解液溶劑系統(tǒng)中，適量的水能促進(jìn)以Li2CO3為主的SEI膜的構(gòu)成，當(dāng)水分含量滿足或許過量時，構(gòu)成的SEI膜就越細(xì)密、均勻，溶劑嵌碳負(fù)極的概率就越小。這就是水分在0.015% ～ 0.04%范圍內(nèi)時, 充電機充電蓄電池容量衰減隨水分含量添加而逐步減小的原因。當(dāng)水分小于0.015%時，在負(fù)極外表構(gòu)成了較細(xì)密的SEI膜, 使溶劑嵌入維持在平衡狀況。因而，充電機充電蓄電池容量衰減維持在比較穩(wěn)定的狀況。
圖3.水分含量對充電機充電蓄電池容量衰減率的影響
4.對充電機充電蓄電池厚度的影響
圖4.水分含量對充電機充電蓄電池厚度的影響
由圖能夠看出，跟著水分含量的添加，充電機充電蓄電池的厚度也在變大。當(dāng)水分含量這是因為在SEI 膜構(gòu)成進(jìn)程中會發(fā)生CO2、CO 等氣體。并且當(dāng)水分過量時，多余的水會持續(xù)與LiPF6反響發(fā)生HF 氣體。充電機充電蓄電池內(nèi)部產(chǎn)氣量關(guān)系著充電機充電蓄電池的安全性，為防止充電機充電蓄電池呈現(xiàn)嚴(yán)峻的脹氣問題，要嚴(yán)格控制充電機充電蓄電池內(nèi)部的水分。
一、水分過量的壞處
在三元/石墨系統(tǒng)充電機充電蓄電池制作進(jìn)程中，正極漿料的制備一般會選用油系渙散系統(tǒng)，選用PVDF作為粘結(jié)劑，NMP作為溶劑。PVDF遇到過量的水分會生成膠狀的物質(zhì)，導(dǎo)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，有必要留意原資料的水分含量、工作環(huán)境以及人員操作進(jìn)程中水分的引入。
除了對充電機充電鋰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化。反響如下所示：
氫氟酸是一種腐蝕性特別強的酸，會對充電機充電鋰電池正負(fù)極資料、集流體構(gòu)成嚴(yán)峻的損壞，終究導(dǎo)致充電機充電蓄電池呈現(xiàn)安全性問題。
二、痕量水分的含義
可是，充電機充電鋰電池中并不是水分越少越好。我們知道，固體電解質(zhì)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膜構(gòu)成的電位、細(xì)密程度、充電機充電蓄電池不行逆容量丟失、充電機充電蓄電池內(nèi)阻等有顯著的影響。而水作為電解液中一種痕量組分，對充電機充電鋰離子蓄電池SEI膜的構(gòu)成和充電機充電蓄電池功能有必定的影響。
三、水分對充電機充電鋰電池功能的影響
在不同的資料系統(tǒng)中，水分含量對充電機充電蓄電池的功能有很大的影響?？墒牵蛔兊氖撬謱Τ潆姍C充電鋰電池的初次充放電容量、內(nèi)阻、充電機充電蓄電池循環(huán)壽數(shù)、充電機充電蓄電池體積均有影響。下面以鈷酸鋰/石墨系統(tǒng)充電機充電蓄電池來舉例說明。
1.對初次充放電容量的影響
水分與充電機充電鋰電池中SEI的構(gòu)成有關(guān)，必然會影響充電機充電鋰電池的初次不行逆容量丟失。如圖1所示：
圖1.水分含量對充電機充電蓄電池充放電容量影響
在充電機充電蓄電池中水分小于0.015%時，充電機充電蓄電池初次放電容量契合國標(biāo)且改變較小；在充電機充電蓄電池水分在0.015% ～ 0.04%范圍內(nèi)時，充電機充電蓄電池初次放電容量隨充電機充電蓄電池中水分的添加而減小。當(dāng)充電機充電蓄電池中水分含量小于0.015%時，以下反響占主導(dǎo)。
單電子還原進(jìn)程生成的烷基碳酸鋰還能夠與電解液中的痕量水發(fā)作反響，生成碳酸鋰。
2ROCO2 Li+H2O →Li2CO3 +CO2 +2ROH
當(dāng)生成CO2后, 在低電位下的負(fù)極外表，有新的化學(xué)反響發(fā)作：
2CO2+2Li+ +2e →Li2CO3 +CO
由此可見,適量水分有助于構(gòu)成以Li2CO3為主、穩(wěn)定性好、均勻細(xì)密的SEI膜。當(dāng)SEI膜徹底覆蓋負(fù)極今后，不行逆反響立即中止。
當(dāng)水分含量在0.0150%～ 0.04%范圍內(nèi)時，鋰離子消耗量增多，充電機充電蓄電池充放電容量削減，對其有負(fù)面影響。
2.對充電機充電蓄電池內(nèi)阻的影響
充電機充電蓄電池的內(nèi)阻是充電機充電蓄電池最為重要的特性參數(shù)之一，是表征充電機充電蓄電池循環(huán)壽數(shù)和運轉(zhuǎn)狀況的重要參數(shù)，是衡量離子和電子在充電機充電蓄電池內(nèi)傳輸難易程度的首要標(biāo)志。內(nèi)阻巨細(xì)首要受充電機充電蓄電池資料、制作工藝、充電機充電蓄電池結(jié)構(gòu)等要素的影響。內(nèi)阻越小，充電機充電蓄電池放電時所占用的電壓越小，輸出的能量越多。關(guān)于長時刻存儲的充電機充電蓄電池來說，內(nèi)阻會跟著存儲時刻的添加而升高，內(nèi)阻超越必定值時會對充電機充電蓄電池的功能構(gòu)成很大的影響。因為水分含量對充電機充電鋰電池中SEI膜的質(zhì)量有影響，簡介影響到了充電機充電蓄電池的內(nèi)阻。
在EC/DMC /EMC 電解液溶劑系統(tǒng)中, 痕量的水能夠構(gòu)成以Li2CO3為主、穩(wěn)定性好、均勻細(xì)密的SEI膜，其內(nèi)阻較小。當(dāng)水分含量多于系統(tǒng)構(gòu)成SE I膜的所需含量時, 在SEI膜外表生成POF3和LiF沉積, 導(dǎo)致充電機充電蓄電池內(nèi)阻添加。如圖2所示：
圖2.水分含量對充電機充電蓄電池內(nèi)阻的影響
3.對充電機充電蓄電池容量衰減的影響
水分含量影響到充電機充電蓄電池SEI膜的性質(zhì)，如均勻性和細(xì)密程度等，當(dāng)SE I膜均勻細(xì)密時, 電解液溶劑不易嵌入到負(fù)極中，占有Li+嵌入空位, 因而容量衰減很少。與此相反，當(dāng)SEI膜的部分不細(xì)密、不均勻時， Li+嵌入空位被電解液溶劑占有相對較簡單。Li2CO3是構(gòu)成均勻細(xì)密SEI膜最首要的組分，EC /DMC /EMC 電解液溶劑系統(tǒng)中，適量的水能促進(jìn)以Li2CO3為主的SEI膜的構(gòu)成，當(dāng)水分含量滿足或許過量時，構(gòu)成的SEI膜就越細(xì)密、均勻，溶劑嵌碳負(fù)極的概率就越小。這就是水分在0.015% ～ 0.04%范圍內(nèi)時, 充電機充電蓄電池容量衰減隨水分含量添加而逐步減小的原因。當(dāng)水分小于0.015%時，在負(fù)極外表構(gòu)成了較細(xì)密的SEI膜, 使溶劑嵌入維持在平衡狀況。因而，充電機充電蓄電池容量衰減維持在比較穩(wěn)定的狀況。
圖3.水分含量對充電機充電蓄電池容量衰減率的影響
4.對充電機充電蓄電池厚度的影響
圖4.水分含量對充電機充電蓄電池厚度的影響
由圖能夠看出，跟著水分含量的添加，充電機充電蓄電池的厚度也在變大。當(dāng)水分含量這是因為在SEI 膜構(gòu)成進(jìn)程中會發(fā)生CO2、CO 等氣體。并且當(dāng)水分過量時，多余的水會持續(xù)與LiPF6反響發(fā)生HF 氣體。充電機充電蓄電池內(nèi)部產(chǎn)氣量關(guān)系著充電機充電蓄電池的安全性，為防止充電機充電蓄電池呈現(xiàn)嚴(yán)峻的脹氣問題，要嚴(yán)格控制充電機充電蓄電池內(nèi)部的水分。
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