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2024年6月5日发(作者:)
电池 | 软包锂离子电池鼓胀原因超全总结
引起软包锂离子电池鼓胀的原因有很多。根据实验研发经验,笔者将锂电池
鼓胀的原因分为三类,一是电池极片在循环过程中膨胀导致的厚度增加;二是由于电解液
氧化分解产气导致的鼓胀。三是电池封装不严引进水分、角位破损等工艺缺陷引起的鼓胀。
在不同的电池体系中,电池厚度变化的主导因素不同,如在钛酸锂负极体系电池中,鼓胀
的主要因素是气鼓;在石墨负极体系中,极片厚度和产气对电池的鼓胀均起到促进作用。
一、电极极片厚度变化
石墨负极膨胀影响因素及机理讨论
锂离子电池在充电过程中电芯厚度增加主要归结为负极的膨胀,正极膨胀率仅为2~4%,
负极通常由石墨、粘接剂、导电碳组成,其中石墨材料本身的膨胀率达到~10%,造成石
墨负极膨胀率变化的主要影响因素包括:SEI膜形成、荷电状态(state of charge,SOC)、工
艺参数以及其他影响因素。
(1)SEI膜形成 锂离子电池首次充放电过程中,电解液在石墨颗粒在固液相界面发生还原反
应,形成一层覆盖于电极材料表面的钝化层(SEI膜),SEI膜的产生使阳极厚度显著增加,
而且由于SEI膜产生,导致电芯厚度增加约4%。从长期循环过程看,根据不同石墨的物
理结构和比表面,循环过程会发生SEI的溶解和新SEI生产的动态过程,比如片状石墨较
球状石墨有更大的膨胀率。
(2)荷电状态 电芯在循环过程中,石墨阳极体积膨胀与电芯SOC呈很好的周期性的函数关
系,即随着锂离子在石墨中的不断嵌入(电芯SOC的提高)体积逐渐膨胀,当锂离子从石墨
阳极脱出时,电芯SOC逐渐减小,相应石墨阳极体积逐渐缩小。
(3)工艺参数 从工艺参数方面看,压实密度对石墨阳极影响较大,极片冷压过程中,石墨
阳极膜层中产生较大的压应力,这种应力在极片后续高温烘烤等工序很难完全释放。电芯
进行循环充放电时,由于锂离子的嵌入和脱出、电解液对粘接剂溶胀等多个因素共同作用,
膜片应力在循环过程得到释放,膨胀率增大。另一方面,压实密度大小决定了阳极膜层空
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