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什么原因引起軟包鋰離子電池鼓脹

鉅大鋰電  |  點擊量:0  |  2021年03月29日  

電極極片厚度變化


石墨負極膨脹影響因素及機理討論


鋰離子電池在充電過程中電芯厚度新增重要歸結為負極的膨脹,正極膨脹率僅為2~4%負極通常由石墨、粘接劑、導電碳組成,其中石墨材料本身的膨脹率達到~10%,造成石墨負極膨脹率變化的重要影響因素包括:SEI膜形成、荷電狀態(stateofcharge,SOC)、工藝參數以及其他影響因素。


(1)SEI膜形成鋰離子電池首次充放電過程中,電解液在石墨顆粒在固液相界面發生還原反應,形成一層覆蓋于電極材料表面的鈍化層(SEI膜),SEI膜的出現使陽極厚度顯著新增,而且由于SEI膜出現,導致電芯厚度新增約4%。從長期循環過程看,根據不同石墨的物理結構和比表面,循環過程會發生SEI的溶解和新SEI生產的動態過程,比如片狀石墨較球狀石墨有更大的膨脹率。


(2)荷電狀態電芯在循環過程中,石墨陽極體積膨脹與電芯SOC呈很好的周期性的函數關系,即隨著鋰離子在石墨中的不斷嵌入(電芯SOC的提高)體積逐漸膨脹,當鋰離子從石墨陽極脫出時,電芯SOC逐漸減小,相應石墨陽極體積逐漸縮小。


(3)工藝參數從工藝參數方面看,壓實密度對石墨陽極影響較大,極片冷壓過程中,石墨陽極膜層中出現較大的壓應力,這種應力在極片后續高溫烘烤等工序很難完全釋放。電芯進行循環充放電時,由于鋰離子的嵌入和脫出、電解液對粘接劑溶脹等多個因素共同用途,膜片應力在循環過程得到釋放,膨脹率增大。另一方面,壓實密度大小決定了陽極膜層空隙容量大小,膜層中孔隙容量大,可以有效吸收極片膨脹的體積,空隙容量小,當極片膨脹時,沒有足夠的空間吸收膨脹所出現的體積,此時,膨脹只能向膜層外部膨脹,表現為陽極片的體積膨脹。


(4)其他因素粘接劑的粘接強度(粘接劑、石墨顆粒、導電碳以及集流體相互間界面的粘接強度),充放電倍率,粘接劑與電解液的溶脹性,石墨顆粒的形狀及其堆積密度,以及粘接劑在循環過程失效引起的極片體積新增等,均對陽極膨脹有一定程度的影響。

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