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成也萧何败也萧何,磷酸铁锂电池中的水分竟有如此大的影响?


来源:中国粉体网   墨玉

[导读]  磷酸铁锂电池具有工作电压高、能量密度大、循环寿命长、安全性能好、自放电率小、无记忆效应的优点。磷酸铁锂的合成工艺也已基本完善,主要分为固相法和液相法,其中以高温固相反应法最为常用。不管是哪种工艺都摆脱不开它——水分。

中国粉体网讯  磷酸铁锂电池具有工作电压高、能量密度大、循环寿命长、安全性能好、自放电率小、无记忆效应的优点。磷酸铁锂的合成工艺也已基本完善,主要分为固相法和液相法,其中以高温固相反应法最为常用。不管是哪种工艺都摆脱不开它——水分。


磷酸铁锂电池中的水分从何而来


正极:正极片如果使用的是纳米材料,这种纳米材料具有很强的吸水性,很容易周围的空气中吸收水分。


负极:负极片比正极片来说,吸水性相对低一点,当然,在没有控制湿度的环境下,其从环境空气中吸水数量也是相当乐观的。


隔膜纸:隔膜纸也是一种多孔性的塑料薄膜,其吸水性也是很大的。


电解液:电解液是一种非常怕水的物质,也非常容易吸水,它会和水进行反应,如果水分足够多,电解液会与其反应直到消耗完为止。


其他金属零件:金属零件本身对水分的吸收有限,但是,金属零件对水分却很怕,因为水分的存在会使其生锈或者腐蚀。


水分对磷酸铁锂电池的好处


有机电解液中若存在痕量的水分和游离酸,会与电解液中的锂盐作用形成氟化物并沉积在负极表面,此沉积物的存在将对SEI膜的形成有着重要的作用。SEI膜形成于电池的首次充放电过程中,是锂离子与溶剂(EC/DMC)、痕量水、HF等在石墨表面形成的一层钝化膜。


SEI膜具有有机溶剂不溶性,在有机电解质溶液中能稳定存在,并且溶剂分子不能通过该层钝化膜,从而能有效防止溶剂分子的共嵌入,避免了因溶剂分子共嵌入对电极材料造成的破坏,因而大大提高了电极的循环性能和使用寿命。但SEI膜的形成消耗了部分锂离子,使得首次充放电不可逆容量增加,降低了电极材料的充放电效率。


水分对磷酸铁锂电池的坏处


痕量水分有利于电池形成SEI膜,但是水分含量过高会导致一系列问题。


如果水分过高,电解液和水分反应,生成有害气体,对注液房环境有不良影响;这也会影响电解液本身的质量,使得磷酸铁锂电池组性能不良;还会使电池柳钉生锈;生成的有害气体还会引起电池内部压力增大,电池厚度增加,当内部压力过高的时候电池就有爆炸的危险。


水分含量多于体系形成SEI膜的所需含量时,在SEI膜表面生成POF3和LiF沉淀,导致电池内阻增加,电池性能降低。水分含量过高还会导致SEI膜的局部不致密、不均匀,因此容量衰减增加。


如何控制磷酸铁锂电池中的水分


  • 控制环境湿度


在条件允许的情况下,尽量将环境的湿度降到最低。尤其注液环境,电解液对水分十分敏感,是最容易受到水分的影响。所以在注液后,还未封口前,注液孔的密封也非常重要。


  • 对电池材料进行干燥处理


通过烘烤,去除电池材料本身或吸收的水分,但这个方式的困难性也很高,需要牢牢的把控好烘烤时的温度、真空性、烘烤时间等,稍有失误,会严重影响到电池性能。


  • 生产制造过程水分控制


尽量减少磷酸铁锂电池材料在空气中暴露的时间,可减少大量的水分,所以需要严格控制生产车间的操作过程。


参考来源:

钜大LARGE.锂电池中水分的来源,如何控制锂离子电池水分

钜大LARGE.水分含量对磷酸铁锂电池组性能的影响?

中国化学与物理电源行业协会.技术 | 预处理工艺对磷酸铁锂电池性能的影响

百度百科


(中国粉体网编辑整理/墨玉)

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