ATL-鋰電池鼓氣成分及原理分析

1、鋰電池鼓氣成分及原理分析鋰電池鼓氣成分及原理分析ECVCOOSOOOCOOOSOOOCOPCOOCOESPSDECCH3CH2OCOCH2CH3ODMCCH3OCOCH3OBPLi Li+ + e -3.045VCu Cu2+ + 2e 0.337 3.382(vsLi+/Li)Al Al3+ + 3e -1.66 1.385 (vsLi+/Li)LiC6 Li + e + 6C 3.2 (vsLi+/Li) LiCoO2 CoO2+ Li + e 約3.3 (vsLi+/Li)Fe2+ Fe3+ + e 0.771 3.816 (vsLi+/Li)物質(zhì)還原電位V (vs Li+/Li)氧化電

2、位V (vs Li+/Li )溶點(diǎn)沸點(diǎn)粘度CP介電常數(shù)/（g.cm-3）EC0.0456.245372381.990PC0.0456.645-492421.265DEC0.0456.745-431270.982.8DMC0.0456.7453900.593.1EMC0.0456.745-551080.652.9MA1.0456.445-98580.376.7DME0.0455.145-58840.467.2THF0.0455.245-109660.467.4途徑途徑I I:化成工序產(chǎn)氣化成工序產(chǎn)氣l 文獻(xiàn)資料索引文獻(xiàn)資料索引l 化成過(guò)程產(chǎn)氣機(jī)理分析化成過(guò)程產(chǎn)氣機(jī)理分析l化成階段產(chǎn)氣成分分析化成

3、階段產(chǎn)氣成分分析l 文獻(xiàn)資料索引文獻(xiàn)資料索引n 化成電壓對(duì)產(chǎn)氣成分的影響化成電壓對(duì)產(chǎn)氣成分的影響 CV3.5V：由于SEI膜已經(jīng)形成，故產(chǎn)氣數(shù)量降低 CV3.75V：主要成分為C2H4C I0.02Cn SEI膜的具體成分膜的具體成分n 電池電壓對(duì)容量的關(guān)系電池電壓對(duì)容量的關(guān)系050010001500200025003000350040004500020406080100120140160180Capacity,mAhvoltage,mVn 電極電壓對(duì)容量的關(guān)系電極電壓對(duì)容量的關(guān)系0123450100200capacity,mAhvoltage,V(vs.Li+/Li)CathodeAnode

4、n 充放電過(guò)程中充放電過(guò)程中IR的變化的變化vEC的單/雙電子反應(yīng)vPC的單/雙電子反應(yīng)vDEC的單/雙電子反應(yīng)vDMC的單/雙電子反應(yīng)v微量水分的助成膜反應(yīng)v正極附近的成膜反應(yīng)l 產(chǎn)氣機(jī)理分析產(chǎn)氣機(jī)理分析 （鈍化電位（鈍化電位0.9V左右左右） 單電子反應(yīng)雙電子反應(yīng) EC + e EC EC +2 Li+ CH2=CH2 （g）+（CH2OCO2Li）2（s） EC + 2e CH2=CH2（g）+ CO32-CO32- + Li+ Li2CO3EC + 2e +2Li+ CH3OLi（s）+ CO（g）n PC的單的單/雙電子反應(yīng)（鈍化電位雙電子反應(yīng)（鈍化電位0.8V左右）左右） 單電子反

5、應(yīng)單電子反應(yīng) 雙電子反應(yīng)雙電子反應(yīng)PC + e PC PC +2 Li+ CH3CH=CH2 （g）+（CH2OCO2Li）2（s） PC + 2e CH3CH=CH2（g）+ CO32-CO32- + Li+ Li2CO3PC + 2e +2Li+ CH3OLi（s）+CH3CH2OLi(s)+ CO（g）DEC + e + 2Li+ C2H5OCO2Li (s) + CH3 DEC + e + 2Li+ C2H5OLi (s) + C2H5CO2 C2H5CO2 + CH3 CH3OCO2CH3單電子反應(yīng)單電子反應(yīng)雙電子反應(yīng)雙電子反應(yīng)DEC + 2e + 2Li+ C2H5OLi (s)

6、+ CO(g) CH3 + 1/2H2 CH4CH3 + CH3 C2H6LiPF6 LiF + PF5 PF5 + H2O 2HF + PF3O Li2CO3 + 2HF LiF + H2CO3 H2CO3 H2O + CO2 產(chǎn)生CO2（量大）H2O + e OH + 1/2H2O H + Li+ LiOH(S)LiO H +Li+ + e Li2O(S) + H2 (g) 產(chǎn)生H2（微量，有利于SEI膜形成）低電位下 溶劑 + ne CO2氣體成分H2COCH4CO2C2H6N1C2H4N2相對(duì)含量，%0.670.688.4527.78.50.6146.46.9l 化成階段產(chǎn)氣成分分析化

7、成階段產(chǎn)氣成分分析N代表未知成分010203040500246810氣體種類氣體含量，%H2CON2CH4CO2C2H6N1C2H4途徑途徑2：過(guò)充產(chǎn)氣：過(guò)充產(chǎn)氣 氣體成分H2COCH4CO2C2H6NC2H4N相對(duì)含量，%0.0550.006517.139.90.821.5540.50.093010203040500246810氣體種類氣體含量，%H2CON2CH4CO2C2H6N1C2H4主要成分：主要成分：CO2、C2H4與化成階段產(chǎn)氣機(jī)理類似，與化成階段產(chǎn)氣機(jī)理類似，主要包括溶劑的正極氧化和主要包括溶劑的正極氧化和負(fù)極的還原負(fù)極的還原(SEI膜的破壞和膜的破壞和重振重振)故故CO2含量

8、較高。含量較高。 途徑途徑3：過(guò)放產(chǎn)氣：過(guò)放產(chǎn)氣途徑途徑4: 存儲(chǔ)階段產(chǎn)氣存儲(chǔ)階段產(chǎn)氣LiPF6 LiF + PF5 PF5 + H2O 2HF + PF3O Li2CO3 + 2HF LiF + H2CO3 H2CO3 H2O + CO2 H2O的飛梭效應(yīng)SEI膜的破壞及CO2的生成H2O + e OH + 1/2H2O H + Li+ LiOH(S)Li2O H +Li+ + e Li2O(S) + H2 (g) H2O的電解及H2的產(chǎn)生電壓在1.0V以上時(shí)，一般不會(huì)出現(xiàn)鼓脹現(xiàn)象，且電壓下降比較緩慢。當(dāng)電池的電壓降至約720-850mV時(shí)，電池開(kāi)始發(fā)生鼓脹現(xiàn)象，此時(shí)，電池的電壓會(huì)在較短時(shí)間

9、內(nèi)迅速下降至零。部分電池在電壓下降到3.5-3.7V時(shí)，出現(xiàn)一個(gè)電壓突降。自放電過(guò)程分析自放電過(guò)程分析鼓氣成分析鼓氣成分析理論推測(cè)理論推測(cè)理論解釋理論解釋產(chǎn)氣機(jī)理分析產(chǎn)氣機(jī)理分析n 自放電電池第一階段電壓變化自放電電池第一階段電壓變化自放電嚴(yán)重自放電嚴(yán)重自放電緩慢自放電緩慢自放電過(guò)程分析自放電過(guò)程分析n自放電電池第三階段電壓變化自放電電池第三階段電壓變化1-3電池電壓數(shù)據(jù)804783784794792675765730732740729723717716698425000000020040060080010003090330904上30904下30905上30905下3090630908309093091130912309153091630917309183091930921309223092330924309253092630927采集日期電池電壓mV產(chǎn)氣轉(zhuǎn)則點(diǎn)產(chǎn)氣轉(zhuǎn)則點(diǎn)氣體成分H2O2COCH4CO2C2H4相對(duì)含量，%0.0150.00310.07