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软包锂离子电池漏液分析
发布时间:2019-07-29 10:10
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锂离子电池的制造主要分为三阶段的工艺,第一是极片的生产制造,第二是电芯的封装生产,第三是电池的激活分选。每个阶段都对应着数个重要的工序,第一阶段占了电池生产成本的大多数,第二阶段决定了电池的封装形式,第三阶段决定了电池的成组方式和使用稳定性。

今天讲下软包电池封装腐蚀漏液的问题,对于软包类电池来讲,起到电池密封作用的主要工序为封装工艺,封装的好坏直接决定了电池性能的好坏。简单的说封装好坏并不是十分明确,还需要从漏液的类型来具体分析。一般来说,铝塑膜的腐蚀漏液原因可以分为三类:

(1)化学腐蚀

对锂离子电池来说,由于水分会与电解液反应产生HF,氢氟酸是一种腐蚀性特别强的酸,对铝塑膜、集流体、正极材料会产生严重破坏,反应如下所示:

铝塑膜会腐蚀破坏后,电池就失效了。

(2)电化学腐蚀

由于电化学反应造成的软包电池腐蚀漏液比较难发现,一般是随着使用时间变长,电池腐蚀漏液逐渐严重才会被发现。由于此种失效模式潜伏时间较长,一旦发生也极易造成客户的信任危机。电化学腐蚀发生的条件一般有两个:

①离子短路。铝塑膜的铝层与阳极之间形成离子短路通道。

②电子短路。铝塑膜铝层与阳极形成电子短路通道。

这样封装电芯的铝塑膜铝层就与阳极形成一个短路的回路,阳极即为电芯负极,处于低电势的部分,一旦与铝接触会通过电导率较高的电解液引起电化学反应,导致铝层不断被消耗。这两种短路时电池发生腐蚀的必要条件,两者缺一不可。

容易形成离子通道的地方是热封时,封边部位的PP层发生破损,或者折边时PP层发生破损,这样就在铝层和负极之间构成了离子通道。容易形成电子短路通道的地方是,极耳封装位置破损,负极极耳与铝层接触构成电子通道。如果负极延伸过多,热封时也易造成与铝层直接接触,形成电子短路。除了,电芯内部的电子通道外,外部无意识的将负极极耳与铝层接触也是软包腐蚀漏液的原因之一,且这个情况发生的更加快一点。当离子通道和电子通道都形成后,铝塑膜的铝层逐渐被锂离子嵌入形成锂铝合金,铝层被腐蚀后水分就可以肆无忌惮的浸入电池内部,产生更强烈的破坏,造成软包电池外观上的漏液失效。

(3)物理原因

由于电池滥用、不小心磕碰、电池本身产气鼓胀引起的封装失效,也会导致电池的漏液。电池滥用,包括电池过充、过放、高温使用等,都有可能造成电池产气、鼓胀加重导致封装失效。无论是电池在常温循环、高温循环、高温搁置时,其均会产生不同程度的鼓胀产气。据目前研究结果显示,引起电芯胀气的本质是电解液发生分解所致。电解液分解有两种情况,一个是电解液有杂质,比如水分和金属杂质使电解液分解产气,另一个是电解液的电化学窗口太低,造成了充电过程中的分解,电解液中的EC、DEC等溶剂在得到电子后,均会产生自由基,自由基反应的直接后果就是产生低沸点的烃类、酯类、醚类和CO2等。如果电池内部水分过多,也会造成产气较多,造成电池起鼓,造成封装薄弱处破裂。

稿件来源: 锂电派
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