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电池博客

电池容量:水分含量对电池充放电容量影响

来源:宝鄂实业    2019-03-31 16:41    点击量:

1.水分含量对电池充放电容量影响

在电池中水分小于0.015%时,电池首次放电容量符合国标且变化较小;在电池水分在0.015%~0.04%范围内时,电池首次放电容量随电池中水分的增加而减小。当电池中水分含量小于0.015%时,以下反应占主导。

 

单电子还原过程生成的烷基碳酸锂还可以与电解液中的痕量水发生反应,生成碳酸锂。

2ROCO2Li+H2O→Li2CO3+CO2+2ROH

当生成CO2后,在低电位下的负极表面,有新的化学反应发生:

2CO2+2Li++2e→Li2CO3+CO

由此可见,适量水分有助于形成以Li2CO3为主、稳定性好、均匀致密的SEI膜。当SEI膜完全覆盖负极以后,不可逆反应立即停止。

当水分含量在0.0150%~0.04%范围内时,锂离子消耗量增多,电池充放电容量减少,对其有负面影响。

2.对电池内阻的影响

电池的内阻是电池最为重要的特性参数之一,是表征电池循环寿命和运行状态的重要参数,是衡量离子和电子在电池内传输难易程度的主要标志。内阻大小主要受电池材料、制造工艺、电池结构等因素的影响。内阻越小,电池放电时所占用的电压越小,输出的能量越多。对于长期存储的电池来说,内阻会随着存储时间的增加而升高,内阻超过一定值时会对电池的性能造成很大的影响。由于水分含量对锂电池中SEI膜的质量有影响,简介影响到了电池的内阻。

在EC/DMC/EMC电解液溶剂体系中,痕量的水能够形成以Li2CO3为主、稳定性好、均匀致密的SEI膜,其内阻较小。当水分含量多于体系形成SEI膜的所需含量时,在SEI膜表面生成POF3和LiF沉淀,导致电池内阻增加。如图2所示:

 

水分含量对电池内阻的影响

3.对电池容量衰减的影响

水分含量影响到电池SEI膜的性质,如均匀性和致密程度等,当SEI膜均匀致密时,电解液溶剂不易嵌入到负极中,占据Li+嵌入空位,因此容量衰减很少。与此相反,当SEI膜的局部不致密、不均匀时,Li+嵌入空位被电解液溶剂占据相对较容易。Li2CO3是形成均匀致密SEI膜最主要的组分,EC/DMC/EMC电解液溶剂体系中,适量的水能促进以Li2CO3为主的SEI膜的形成,当水分含量足够或者过量时,形成的SEI膜就越致密、均匀,溶剂嵌碳负极的概率就越小。这就是水分在0.015%~0.04%范围内时,电池容量衰减随水分含量增加而逐渐减小的原因。当水分小于0.015%时,在负极表面形成了较致密的SEI膜,使溶剂嵌入维持在平衡状态。因此,电池容量衰减维持在比较稳定的状态。

 

图3.水分含量对电池容量衰减率的影响

4.对电池厚度的影响

 

.水分含量对电池厚度的影响

由图可以看出,随着水分含量的增加,电池的厚度也在变大。当水分含量这是由于在SEI膜形成过程中会产生CO2、CO等气体。并且当水分过量时,多余的水会继续与LiPF6反应产生HF气体。电池内部产气量关系着电池的安全性,为避免电池出现严重的胀气问题,要严格控制电池内部的水分。

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