水分對鋰電池的影響以及控制

水分的影響

固體電解質(zhì)界面(Solid-Electrolyte Interface，簡稱SEI)膜是一層選擇性透過膜，能使Li+自由透過，而電解液分子不能透過。電解液的組成和痕量的添加劑對SEI膜形成的電位、致密程度、電池不可逆容量損失、電池內(nèi)阻等有顯著的影響。水作為電解液中一種痕量組分，對鋰離子電池SEI膜的形成和電池性能有一定的影響。主要表現(xiàn)為電池容量變小，放電時間變短，內(nèi)阻增大，循環(huán)容量衰減，電池膨脹等現(xiàn)象，因此，在鋰離子電池的制作過程中，必須嚴(yán)格控制環(huán)境的濕度和正負(fù)極材料、電解液的含水量。

水分對放電容量的影響

電池放電容量隨電池中水分的增加而減小。在鋰源恒定的條件下，電池放電容量的變化主要由2 個主要因素制約。

1. SEI膜的形成消耗部分Li十，造成不可逆容量損失，單電子還原過程生成的烷基*還可以與電解液中的痕量水發(fā)生反應(yīng)， 2ROC02Li+ H2O →LieC03+C02+2ROH，當(dāng)生成C02后，在低電位下的負(fù)極表面，有新的化學(xué)反應(yīng)發(fā)生2C02+2Li++2e→LieC03+CO。

2、SEI膜形成以后，在仍然有H2O 存在的條件下，H2O 會促使電解液中LiPF6的分解，使電池放電時間縮短，LiPF6→LiF +PFs，PFs+H2O →POF3+2HF。

水分對鋰電池內(nèi)阻的影響

隨著電池水分的增加，內(nèi)阻呈上升的趨勢。產(chǎn)生電池內(nèi)阻差異的主要因素有如下2 個方面。

1. SEI膜的差異導(dǎo)致電池內(nèi)阻的差異。在電解液溶劑體系中，痕量的水能夠形成以Li2CO3為主、穩(wěn)定性好、均勻致密的SEI膜，其內(nèi)阻較小。
2. 水分含量多于體系形成SEI膜的所需含量時，在SEI膜表面生成POF3和LiF沉淀，導(dǎo)致電池內(nèi)阻增加。

水分對電池循環(huán)容量衰減的影響

電池容量衰減隨水分含量增加而逐漸減小。這與SEI膜的致密程度和均勻性有關(guān)。當(dāng)SEI膜均勻致密時，電解液溶劑不易嵌人到負(fù)極中，占據(jù)Li十嵌人空位，因此容量衰減很少。與此相反，當(dāng)SEI膜的局部不致密、不均勻時，Li十嵌人空位被電解液溶劑占據(jù)相對較容易。LieC03是形成均勻致密SEI膜zui主要的組分，電解液溶劑體系中，當(dāng)水分含量過量時，會導(dǎo)致SEI膜的局部不致密、不均勻，因此容量衰減增加。

電池會膨脹主要是因?yàn)?/span>SEI膜生成后水的存在使LiPF6分解生成HF氣體。

水分的控制

在鋰電池行業(yè)內(nèi)，水分的含量除了某些客觀因素以外，主要還是主觀因素決定。

在鋰電行業(yè)，水分的含量用露點(diǎn)表示，鋰電池干燥房或手套箱的露點(diǎn)應(yīng)≤-40℃，在電池生產(chǎn)過程中，手套箱和干燥房的露點(diǎn)溫度值的變化直接取決于干燥設(shè)備是否正常運(yùn)行。而干燥設(shè)備是否正常運(yùn)行主要依靠露點(diǎn)儀去監(jiān)測。但因?yàn)殇囯姵馗稍锓炕蚴痔紫浜懈邼舛鹊臍浞?，氫氟酸對露點(diǎn)探頭的腐蝕特別嚴(yán)重，因此，露點(diǎn)儀品牌的選擇成為了鋰電池品質(zhì)*zui為頭痛的問題。

光宇集團(tuán)選用了一款DP350露點(diǎn)儀，壽命要比市面上常規(guī)的露點(diǎn)儀壽命要長很多。經(jīng)了解，該款露點(diǎn)儀是一家叫珠海歐伯特的公司專門針對鋰電行業(yè)腐蝕嚴(yán)重這個問題特別研發(fā)的一款露點(diǎn)儀。

DP350露點(diǎn)儀的傳感器是用各個品牌露點(diǎn)傳感器進(jìn)行實(shí)驗(yàn)對比后選用了一款耐化學(xué)污染的高聚合物傳感器，該傳感器帶有智能加熱功能，根據(jù)環(huán)境的變化智能加熱把芯片表面的污染物蒸發(fā)掉。為了更好地保護(hù)探頭芯片不被腐蝕zui大限度地延長傳感器的壽命，根據(jù)氫氟酸的化學(xué)性質(zhì)，歐伯特公司與某大學(xué)李教授合作研發(fā)了一種防氫氟酸腐蝕膜以及一款吸附氫氟酸的假期保護(hù)筒。而DP350露點(diǎn)儀還配備便攜金屬機(jī)箱，該機(jī)箱帶有饋電輸出以及報(bào)警功能，可在線也可便攜使用，達(dá)到一款儀器多種用途的效果。