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軟包鋰離子電池漏液分析

鉅大LARGE  |  點擊量:1597次  |  2020年03月05日  

鋰離子電池的制造重要分為三階段的工藝,第一是極片的生產制造,第二是電芯的封裝生產,第三是電池的激活分選。每個階段都對應著數個重要的工序,第一階段占了電池生產成本的大多數,第二階段決定了電池的封裝形式,第三階段決定了電池的成組方式和使用穩定性。


今天講下軟包電池封裝腐蝕漏液的問題,關于軟包類電池來講,起到電池密封作用的重要工序為封裝工藝,封裝的好壞直接決定了電池性能的好壞。簡單的說封裝好壞并不是十分明確,還要從漏液的類型來具體分析。一般來說,鋁塑膜的腐蝕漏液原因可以分為三類:


(1)化學腐蝕


對鋰離子電池來說,由于水分會與電解液反應產生HF,氫氟酸是一種腐蝕性特別強的酸,對鋁塑膜、集流體、正極材料會產生嚴重破壞,反應如下所示:


鋁塑膜會腐蝕破壞后,電池就失效了。


(2)電化學腐蝕


由于電化學反應造成的軟包電池腐蝕漏液比較難發現,一般是隨著使用時間變長,電池腐蝕漏液逐漸嚴重才會被發現。由于此種失效模式潛伏時間較長,一旦發生也極易造成客戶的信任危機。電化學腐蝕發生的條件一般有兩個:


①離子短路。鋁塑膜的鋁層與陽極之間形成離子短路通道。


②電子短路。鋁塑膜鋁層與陽極形成電子短路通道。


這樣封裝電芯的鋁塑膜鋁層就與陽極形成一個短路的回路,陽極即為電芯負極,處于低電勢的部分,一旦與鋁接觸會通過電導率較高的電解液引起電化學反應,導致鋁層不斷被消耗。這兩種短路時電池發生腐蝕的必要條件,兩者缺一不可。


容易形成離子通道的地方是熱封時,封邊部位的PP層發生破損,或者折邊時PP層發生破損,這樣就在鋁層和負極之間構成了離子通道。容易形成電子短路通道的地方是,極耳封裝位置破損,負極極耳與鋁層接觸構成電子通道。假如負極延伸過多,熱封時也易造成與鋁層直接接觸,形成電子短路。除了,電芯內部的電子通道外,外部無意識的將負極極耳與鋁層接觸也是軟包腐蝕漏液的原因之一,且這個情況發生的更加快一點。當離子通道和電子通道都形成后,鋁塑膜的鋁層逐漸被鋰離子嵌入形成鋰鋁合金,鋁層被腐蝕后水分就可以肆無忌憚的浸入電池內部,產生更強烈的破壞,造成軟包電池外觀上的漏液失效。


(3)物理原因


由于電池濫用、不小心磕碰、電池本身產氣鼓脹引起的封裝失效,也會導致電池的漏液。電池濫用,包括電池過充、過放、高溫使用等,都有可能造成電池產氣、鼓脹加重導致封裝失效。無論是電池在常溫循環、高溫循環、高溫擱置時,其均會產生不同程度的鼓脹產氣。據目前研究結果顯示,引起電芯脹氣的本質是電解液發生分解所致。電解液分解有兩種情況,一個是電解液有雜質,比如水分和金屬雜質使電解液分解產氣,另一個是電解液的電化學窗口太低,造成了充電過程中的分解,電解液中的EC、DEC等溶劑在得到電子后,均會產生自由基,自由基反應的直接后果就是產生低沸點的烴類、酯類、醚類和CO2等。假如電池內部水分過多,也會造成產氣較多,造成電池起鼓,造成封裝薄弱處破裂。


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