鉅大LARGE | 點擊量:4780次 | 2020年03月11日
鋰動力電池為什么會自放電?影響自放電率的后天因素有哪些?
1.鋰動力電池自放電
鋰動力電池在充電時不用先進行放電(因鋰動力電池無記憶性),給使用帶來了極大的方便性,同時也極大地節省了電能。鋰動力電池還具備自放電低的優點,在非使用狀態下貯存,內部幾乎不發生化學反應,相當穩定。鋰動力電池的自放電率僅為5%~10%。
鋰動力電池由于受到電解液適配性、石墨負極特性、裝配不一致等原因,常常會在使用或存放過程中出現電壓下降的現象。電壓下降的很大一部分原因是由鋰動力電池電芯自身的自放電引起的。
2.鋰動力電池自放電的原因
鋰動力電池產生自放電的主要原因是由于電極在電解液中處于熱力學的不穩定狀態,鋰即動力電池的兩個電極各自發生氧化還原反應的結果。在鋰動力電池的兩個電極中,負極的自放電是主要的,自放電的發生使活性物質被消耗,轉變成不能利用的熱能。
鋰動力電池自放電速率的大小是由動力學的因素決定的,主要取決于電極材料的本性、表面狀態、電解液的組成和濃度、雜質含量等,也取決與擱置的環境條件,如溫度和濕度等因素。
(1)物理微短路
物理微短路是造成鋰動力電池端電壓下降的直接原因,其直接表現是鋰動力電池在常溫、高溫存儲一段時間后,鋰動力電池電壓低于正常截止電壓。與化學反應引起自放電相比,物理微短路引起的自放電是不會造成鋰動力電池容量不可逆損失的。
通過觀察和測量拆開的鋰動力電池隔膜上黑點的數量、形貌、大小、元素成分等,來判斷鋰動力電池物理自放電的大小及其可能的原因:一般情況下,物理自放電越大,黑點的數量越多,形貌越深(特別是會穿透到隔膜另一面);依據黑點的金屬元素成分判斷鋰動力電池中可能含有的金屬雜質。引起物理微短路的原因很多,分為如下幾種:
1)粉塵。將微短路的鋰動力電池拆開,可發現鋰動力電池的隔膜上會出現黑點。如果黑點的位置處于隔膜中間,大概率是因粉塵擊穿的。鋰動力電池在生產制造過程中,不可避免的混入灰塵雜質,這些雜質屬性復雜,有些雜質可以造成正負極的輕微導通,使得電荷中和,電量受損。
鋰動力電在制成時,雜質造成的微短路所引起的不可逆反應,是造成個別鋰動力電池自放電偏大的最主要原因。空氣中的粉塵或者制成時極片、隔膜沾上的金屬粉末都會造成內部微短路。生產時絕對的無塵是做不到的,當粉塵不足以達到刺穿隔膜進而使正負極短路接觸時,其對鋰動力電池的影響并不大。
但是當粉塵嚴重到刺穿隔膜這個度時,對鋰動力電的影響就會非常明顯。由于有是否刺穿隔膜這個度的存在,因此在測試大批鋰動力電自放電率時,經常會發現大部分鋰動力電的自放電率都集中在一個不大的范圍內,而只有小部分鋰動力電的自放電明顯偏高且分布離散,這些應該就是隔膜被刺穿的鋰動力電。
2)毛刺。將微短路的鋰動力電池拆開,當發現鋰動力電池的隔膜上出現的黑點處于邊緣位置占多數,便是極片分切過程中產生的毛刺引起的。在鋰動力電池電芯生命初期,只表現為自放電較高,而時間越長,其造成正負極大規模短路的可能性越大,是鋰動力電池熱失控的一個重要成因。
3)正極金屬雜質。正極的金屬雜質經過充電反應后,也是擊穿隔膜,在隔膜上形成黑點,造成了物理微短路的原因。一般來說,只要是金屬雜質,都會對鋰動力電池自放電產生較大影響,一般是金屬單質影響最大。據部分文獻所述,影響排序如:Cu>Zn>Fe>Fe2O3。比如很多正極鐵鋰材料就會面臨自放電過大的問題,也就是鐵雜質超標引起的。
4)負極金屬雜質。由于原電池的形成,負極金屬雜質會游離出來,在隔膜處沉積而造成隔膜導通,形成物理微短路,某些低端的負極材料經常會遇見這樣的情況。負極漿料中的金屬雜質對自放電的影響力不及正極中的金屬雜質,其中Cu、Zn對自放電影響較大。
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