引言
析锂是咱们锂电行业中极其常见的一种异常现象,不同的析锂状态,往往也对应着不同的异常原因,根据析锂状态分析异常原因,可以说是我们必备的一项技能。
虽说析锂如此重要,但是能系统的讲一讲析锂原因的文章却并不多见。虽然文武在这方面功力还不够深厚,但还是愿意抛砖引玉,将自己这些年遇到的问题,与大家来分享一下。
一、析锂的基本概念
锂离子电池在充电过程中,锂离子会从正极脱嵌并嵌入负极。但是当一些异常状况发生、并造成从正极脱嵌的锂离子无法嵌入负极的话,那么锂离子就只能析出在负极表面,从而形成一层灰的物质,这就叫做析锂。 墙角护角从析锂的大方向来分类的话,文武将析锂的原因分成五大类:负极余量不够造成的析锂;充电机制造成的析锂;嵌锂路径异常造成的析锂;主材异常造成的析锂;特殊原因造成的固定位置析锂。下面分别针对上述五大类原因,来对析锂的具体原因进行讲解。
铝铁合金
二、负极余量不够造成的析锂
锂离子在充电时从正极脱嵌之后,一定要有一个归宿。一般而言,归宿是嵌入到负极当中,但是当负极过量不够、负极可嵌入锂离子少于正极脱嵌的锂离子时,锂离子就只能在负极表面析出了。负极过量不够,算得上是析锂的最常见原因。而根据负极过量不够的位置,又可以细分成下面三组析锂情况: 2.1 常规负极过量不够的析锂
当负极过量不足时,从正极脱嵌后来到负极的锂离子没有足够的嵌入空间,因而只能形成金属锂单质并析出在负极表面。由于负极过量不够程度一般是均匀的、正极脱嵌的锂离子也是均匀来到负极的,因此负极过量不够造成的析锂也都是均匀的一层,析锂严重程度的大小与负极过量不够的程度密切相关,过量不足程度越高则析锂越严重。
2.2 阴阳面析锂
当一个电芯出现正极单面涂重或者负极单面涂轻时,就会造成这个电芯的负极两面一侧析锂一侧不析锂,这也就是俗称的阴阳面。阴阳面电芯析锂一侧的界面与负极过量不足析锂完全一致,而另外一侧则是金黄(石墨负极的话)。
2.3 正极头部涂布未削薄析锂
如果在涂布时未对正极头部进行削薄,那么正极头部位置的敷料就可能会偏厚,这样对应负极头部就会出现过量不足的情况,从而造成负极头部出现一段条状的析锂。
三、充电机制造成的析锂
由于析锂发生在充电阶段,因而充电机制的变化也一定会是析锂的原因之一。下面列出了几种由于充电机制而造成析锂情况:
3.1 低温充电析锂
上图是一个常规设计电芯在0度充电后的照片,可以看到负极表面被一层均匀的灰锂离子所覆盖。低温充电析锂的原因,是负极在低温时的嵌锂阻抗明显大于正极脱锂阻抗,虽然锂离子可以在低温下相对快速的从正极脱嵌,但是却无法及时嵌入到负极当中,从而引发析锂。(更详细的原因请参考之前的《低温技术知多少》系列文章,本文不再赘述)
防尘接线盒3.2 大倍率充电析锂
即便是常温充电,如果一味的增加充电倍率,负极也会由于无法快速完成嵌锂而引发析锂。在常规容量型设计下,电芯能经受的最大充电倍率在1C~1.5C左右,如果产品在使用期间需要进一步增加充电电流,那么就需要对极片和电解液采用特殊设计了。否则充电倍率越大,析锂就会越严重。边坡滑模施工
3.3 过充电析锂
当电池的充电电压或充电容量大幅超过设计值时,就会有较多过量的锂离子从正极脱嵌出来,而由于负极在设计时根本就没有为这些多余的锂离子预留空间,因此析锂也就不可避免了。在过充电时,锂离子从正极的脱嵌是均匀的、不会随极片位置的变化而不同,因此过充电造成的析锂也是均匀一层。
3.4 充电析锂小结:
经过仔细对比可以发现,充电制度造成的析锂界面,基本都是均匀的一层析锂。原因也很简单:充电是均匀的发生在极片各个位置之上的,因而析锂的界面也是基本均匀的。
另外要提醒大家的是:不要根据上面图片就对号入座每一种析锂的“标准界面”,由于型号不同、充电异常程度不同等因素,可能下一次出现的低温充电析锂界面,会与本文所讲的大倍率充电一样。大家需要记住的是哪些充电机制会造成与上面类似的均匀析锂,并在实际问题中按此排查。
四、嵌锂路径异常造成的析锂
客户端开发
在电池充电时,锂离子从正极脱嵌后,途经电解液然后嵌入到负极当中。但是如果正负极界面接触不好,就会造成锂离子在负极表面析出。具体情况如下:
4.1 隔膜打皱析锂
铱-192
当隔膜由于自身质量原因而出现打皱时,对应位置的锂离子从正极脱嵌后,就没法均匀的嵌入负极,从而造成对应位置的负极要么成未充分嵌锂的褐、要么产生与隔膜打皱方向一致的条纹状析锂。
4.2 电芯变形析锂
当电芯厚度较大时易产生变形,当变形比较严重时,就可能造成电芯变形位置对应的极片接触不良,从而产生上图中条状的嵌锂不良区域,偶尔也会伴随着析锂(上图中最左边一折的样子)。
4.3 常规化成且化成前未热冷压析锂