鋰離子電池隔膜黑斑造成低壓原因分析

《鋰離子電池隔膜黑斑造成低壓原因分析》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫。

1、鋰離子電池隔膜黑斑造成低壓原因的分析――――李榮富導(dǎo)致鋰離子電池短路、自放電過快、低壓的因素很多，有材料方面原因，有工藝方面原因，如正負(fù)極的集流體毛刺過大刺破隔膜，發(fā)生物理接觸而形成短路，一種是電芯在充放電循環(huán)過程中，由于電極活性材料、隔膜材料自身起化學(xué)變化而引起的局部導(dǎo)通短路。這兩種短路所引起的一些電池表面現(xiàn)象是一樣的，如:電芯化成曲線異常、充電后電池非正常發(fā)熱、電池自放電大、電池鼓殼以及放電容量和充放電效率低下等。本文針對在采用磷酸鐵鋰作為正極材料，解刨電池在電池隔膜對應(yīng)負(fù)極面出現(xiàn)黑斑而造成電池低壓給予分析。鋰離子電池在第一次化成充電后發(fā)熱，電池化成充放電效率低

2、，連續(xù)觀察電池電壓出現(xiàn)快速下降現(xiàn)象，解刨電池發(fā)現(xiàn)在電池隔膜對應(yīng)的負(fù)極面出現(xiàn)較多黑色斑點（圖一a），黑斑對應(yīng)的負(fù)極極板表面有灼燒脫粉痕跡(圖一b)。圖一a圖一b我們通過對隔膜黑斑（圖二b）進(jìn)行電鏡掃描能譜分析確定黑斑成分，從能譜數(shù)據(jù)上(圖三)我們得知黑斑的主要成分是由碳和氟化物以及少量鐵組成的，同時在對應(yīng)黑斑的負(fù)極處出顯微觀察有漏基體現(xiàn)象，由此確定了黑斑是碳負(fù)極材料粘結(jié)到隔膜表面而形成的（圖二a）。通過顯微觀察，隔膜的黑斑基本上都成圓斑狀，黑板上的碳負(fù)極極易脫落，脫落后的隔膜斑點殘留有黑色物質(zhì)（圖二b、c）。我們對隔膜黑斑對應(yīng)負(fù)極面和對應(yīng)正極面進(jìn)行了能譜掃描，掃描電鏡

3、觀察隔膜黑斑處隔膜部分微孔已經(jīng)閉孔，由此得知是由于局部高溫造成碳負(fù)極粘結(jié)到隔膜表面的。高溫是怎么形成的？我們從能譜分析數(shù)據(jù)上得知黑斑上有少量的鐵離子，電池充滿電后由于極板膨脹正負(fù)極極板之間的距離會減小，由于磷酸鐵鋰微小粒子存在電池極板之間形成極化放電產(chǎn)生高溫，隔膜局部閉孔負(fù)極脫落粘結(jié)到隔膜表面上。為什么會有鐵離子存在？因為我們采用的是磷酸鐵鋰材料作為正極活性物質(zhì)，磷酸鐵鋰近年來發(fā)展起來的一種鋰離子電池正極材料，它的理論容量為170mAh/g其具有價格便宜、環(huán)境友好、熱穩(wěn)定性好等優(yōu)點而受到人們的廣泛關(guān)注。但是該材料導(dǎo)電率較低，在大電流充放電的條件下，循環(huán)性能有待改善。

4、由于以上問題的存在，研究人員針對以上問題采用各種方式的金屬摻雜以及碳包覆技術(shù)，但隨著包覆碳含量的增加，所合成出的LiFePO4/C復(fù)合材料的放電比容量也隨著增加。這是因為純的磷酸鐵鋰電子導(dǎo)電性差，添加碳后，碳分散與顆粒之間，這樣就大大提高了顆粒之間的導(dǎo)電性能。從掃描電鏡分析結(jié)果可石出，碳的加入，可以減少顆粒團(tuán)聚，細(xì)化顆粒，使粒徑分布均勻。但正是由于提高了材料的導(dǎo)電性，材料的比表面積也增加了許多，由此產(chǎn)生了材料極板的可加工性的降低，采用一般的粘合劑量遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到粘結(jié)牢固的效果，在正極極板制程中極粉的脫落就成了造成電池低壓的隱患。由此得知我們的能譜數(shù)據(jù)分析為什么會有鐵離子

5、存在。當(dāng)然按照我們的分析，既然磷酸鐵鋰材料由于粘結(jié)效果不好而引起脫粉造成電池低壓，那么采用鈷酸鋰材料如果有鈷酸鋰粉塵存在的話會不會也造成隔膜產(chǎn)生的黑斑？為了驗證我們的分析我們解刨了采用鈷酸鋰材料批量生產(chǎn)的低壓次品電池，也發(fā)現(xiàn)了在隔膜表面有極化放電引起的黑斑現(xiàn)象存在，同樣經(jīng)掃描電鏡能譜分析發(fā)現(xiàn)黑斑處存在有鈷離子。但由于鈷酸鋰晶粒形成機理與磷鐵酸鋰不同，漿料粘結(jié)效果的差異，我們所在鈷酸鋰材料的低壓電池隔膜上發(fā)現(xiàn)的黑斑數(shù)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)少于采用磷酸鐵鋰材料的電池。但仍然會造成電池低壓現(xiàn)象的發(fā)生。為了再次驗證黑斑是否是附粉引起的，我們對軟包聚合物電池、以及采用40um厚隔膜的動力聚合

6、物低壓電池進(jìn)行了解刨，未在隔膜上發(fā)現(xiàn)黑斑，這是由于聚合物軟包電池由于采用了鋁塑膜包裝，化成充電時負(fù)極膨脹電池厚度跟著變化，附粉沒有引起極板之間短路而產(chǎn)生黑斑。但是軟包裝電池在化成時充電排氣過程中如果采用了夾板，夾板壓力過大也會有短路的可能。同樣采用厚隔膜的電池因為附粉粒徑較小，刺破隔膜引起短路的幾率比較小。結(jié)論：首先確定了黑斑是由于電池極化放電引起隔膜局部高溫，負(fù)極粉粘結(jié)到隔膜上而引起的，而極化放電是由于材料和工藝原因，在電池裝配好后，電池卷心內(nèi)存在有活性物質(zhì)附粉，造成電池化成充電后產(chǎn)生極化放電，電池性能惡化。同時證明了采用任何正極活性物質(zhì)都會造成隔膜黑斑的產(chǎn)生，只

7、是由于材料制備機理不同，材料粘結(jié)效果不同，不同的材料會有輕微與嚴(yán)重之區(qū)分。黑斑產(chǎn)生的幾率軟包裝聚合物電池少于金屬殼電池，方型電池少于圓柱電池。要避免以上問題，首先要采用合適的和漿工藝解決活性物質(zhì)與金屬集體的粘結(jié)，在電池極板制做中避免人為造成的脫粉，裝配好的電芯采用真空負(fù)壓的方式將浮粉抽出?？刂聘椒鄣拇嬖冢档陀纱水a(chǎn)生的次廢品電池。圖二隔膜黑斑a圖二隔膜黑斑b圖二隔膜黑斑c圖三能譜掃描環(huán)宇集團(tuán)科技發(fā)展中心2006／7