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锂电池鼓包原因分析

来源:昆明锂电池 发布时间:2018年10月17日

锂电池鼓包的原因主要有:

锂电池鼓包

正极

从电池重量构成上来看,正极材料占有较大比例(一般在70%~80%),因为正极材料的性能直接影响着锂离子电池的性能,其成本也直接决定电池成本高低。

正极材料占锂离子电池成本30%~40%,也直接影响锂电池包的能量密度和性能。


负极

负极材料是由相对于正极电势更低的材料构成,并具有高比容量和较好的充放电可逆性,从而在嵌锂的过程中保持良好的尺寸和机械稳定性(不发生严重变形)。

负极材料主要影响锂电池的效率、循环性能等,负极材料的性能也直接影响锂电池的性能,负极材料占锂电池总成本10~20%左右。负极材料种类上,包括碳系负极、非碳性负极。


电解液

电解液在正极与负极之间起到运输电荷的作用(类似与无线电中的载波),具有较高的离子电导率,一般应达到1x10-3~2x10-2 S/cm。

它影响着锂电池包的能量密度、宽温应用、循环寿命、功率密度、安全性能等因素。


隔膜

隔膜有一定的孔径和孔隙率,保证低的电阻和高的离子电导率,对锂离子有很好的透过性,对电解液的浸润性好并具有足够的吸液保湿能力,保持离子导电性,同时具有电子绝缘性,保证正负极的机械隔离,此外应有足够的穿刺强度、拉伸强度等力学性能及耐电解液腐蚀性和足够的电化学稳定性。动力电池对隔膜的要求更高,通常采用复合膜。


1、充电过程

在电场的驱动下锂离子从正极晶格中脱出,经过电解质,嵌入到负极晶格中。

电压低于3V,要先进行预充电,充电电流为设定电流的1/10,电压升到3V后,进入标准充电过程。标准充电过程为:以设定电流进行恒流充电,电池电压升到4.20V时,改为恒压充电,保持充电电压为 4.20V。

此时,充电电流逐渐下降,当电流下降至设定充电电流的1/10时,充电结束。 这是一般的锂电池充电的一个过程,如果锂电池存在于智能设备中,它的充电模式将会受到智能设备软件的控制。


2、放电过程

放电过程正好与充电过程相反,锂离子在电场作用下返回正极,电子通过外电路到达正极与锂离子复合。电池放电,此时负极上的电子e从通过外部电路跑到正极上,正锂离子Li+从负极“跳进”电解液里,“爬过”隔膜上弯弯曲曲的小洞,“游泳”到达正极,与早就跑过来的电子结合在一起。

通过了解锂电池的充放电过程,我们可以从微观上理解,电池的容量其实就是电池所包含电荷的量。电流越大,放电速度越快,电池使用的时间就越短。

为什么电池在正常使用或者长时间不使用会出现鼓包的现象呢?

在充放电的过程中出现鼓包的现象有两种:

一.过充导致的鼓包

过度充电会导致正极材料里的锂原子全部跑到负极材料里面,导致正极原本饱满的栅格发生变形垮塌,这也是锂电池电量下降的一个主要原因。

在这个过程中,负极的锂离子越来越多,过度堆积使得锂原子长出树桩结晶,使得电池发生鼓胀。


二.过放导致的鼓包

在液态锂离子电池首次充放电过程中,电极材料与电解液在固液相界面上发生反应,形成一层覆盖于电极材料表面的钝化层。形成的钝化层膜能有效地阻止电解液分子的通过,但Li+ 却可以经过该钝化层自由地嵌入和脱出,具有固体电解质的特征,因此这层钝化膜被称为“固体电解质界面膜”( solid electrolyte interface) ,简称SEI。

SEI膜对负极材料会产生保护作用,使材料结构不容易崩塌,并且可以增加电极材料的循环寿命。SEI膜并非一成不变,在充放电过程中会有少许的变化,主要是部分有机物会发生可逆的变化。

电池过度放电后使得SEI膜发生可逆性破环,保护负极材料的SEI破坏后使得负极材料崩塌,从而形成鼓包现象。

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