鉅大LARGE | 點(diǎn)擊量:1576次 | 2020年03月05日
軟包鋰離子電池漏液分析
鋰離子電池的制造重要分為三階段的工藝,第一是極片的生產(chǎn)制造,第二是電芯的封裝生產(chǎn),第三是電池的激活分選。每個(gè)階段都對(duì)應(yīng)著數(shù)個(gè)重要的工序,第一階段占了電池生產(chǎn)成本的大多數(shù),第二階段決定了電池的封裝形式,第三階段決定了電池的成組方式和使用穩(wěn)定性。
今天講下軟包電池封裝腐蝕漏液的問題,關(guān)于軟包類電池來講,起到電池密封作用的重要工序?yàn)榉庋b工藝,封裝的好壞直接決定了電池性能的好壞。簡(jiǎn)單的說封裝好壞并不是十分明確,還要從漏液的類型來具體分析。一般來說,鋁塑膜的腐蝕漏液原因可以分為三類:
(1)化學(xué)腐蝕
對(duì)鋰離子電池來說,由于水分會(huì)與電解液反應(yīng)產(chǎn)生HF,氫氟酸是一種腐蝕性特別強(qiáng)的酸,對(duì)鋁塑膜、集流體、正極材料會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重破壞,反應(yīng)如下所示:
鋁塑膜會(huì)腐蝕破壞后,電池就失效了。
(2)電化學(xué)腐蝕
由于電化學(xué)反應(yīng)造成的軟包電池腐蝕漏液比較難發(fā)現(xiàn),一般是隨著使用時(shí)間變長(zhǎng),電池腐蝕漏液逐漸嚴(yán)重才會(huì)被發(fā)現(xiàn)。由于此種失效模式潛伏時(shí)間較長(zhǎng),一旦發(fā)生也極易造成客戶的信任危機(jī)。電化學(xué)腐蝕發(fā)生的條件一般有兩個(gè):
①離子短路。鋁塑膜的鋁層與陽(yáng)極之間形成離子短路通道。
②電子短路。鋁塑膜鋁層與陽(yáng)極形成電子短路通道。
這樣封裝電芯的鋁塑膜鋁層就與陽(yáng)極形成一個(gè)短路的回路,陽(yáng)極即為電芯負(fù)極,處于低電勢(shì)的部分,一旦與鋁接觸會(huì)通過電導(dǎo)率較高的電解液引起電化學(xué)反應(yīng),導(dǎo)致鋁層不斷被消耗。這兩種短路時(shí)電池發(fā)生腐蝕的必要條件,兩者缺一不可。
容易形成離子通道的地方是熱封時(shí),封邊部位的PP層發(fā)生破損,或者折邊時(shí)PP層發(fā)生破損,這樣就在鋁層和負(fù)極之間構(gòu)成了離子通道。容易形成電子短路通道的地方是,極耳封裝位置破損,負(fù)極極耳與鋁層接觸構(gòu)成電子通道。假如負(fù)極延伸過多,熱封時(shí)也易造成與鋁層直接接觸,形成電子短路。除了,電芯內(nèi)部的電子通道外,外部無意識(shí)的將負(fù)極極耳與鋁層接觸也是軟包腐蝕漏液的原因之一,且這個(gè)情況發(fā)生的更加快一點(diǎn)。當(dāng)離子通道和電子通道都形成后,鋁塑膜的鋁層逐漸被鋰離子嵌入形成鋰鋁合金,鋁層被腐蝕后水分就可以肆無忌憚的浸入電池內(nèi)部,產(chǎn)生更強(qiáng)烈的破壞,造成軟包電池外觀上的漏液失效。
(3)物理原因
由于電池濫用、不小心磕碰、電池本身產(chǎn)氣鼓脹引起的封裝失效,也會(huì)導(dǎo)致電池的漏液。電池濫用,包括電池過充、過放、高溫使用等,都有可能造成電池產(chǎn)氣、鼓脹加重導(dǎo)致封裝失效。無論是電池在常溫循環(huán)、高溫循環(huán)、高溫?cái)R置時(shí),其均會(huì)產(chǎn)生不同程度的鼓脹產(chǎn)氣。據(jù)目前研究結(jié)果顯示,引起電芯脹氣的本質(zhì)是電解液發(fā)生分解所致。電解液分解有兩種情況,一個(gè)是電解液有雜質(zhì),比如水分和金屬雜質(zhì)使電解液分解產(chǎn)氣,另一個(gè)是電解液的電化學(xué)窗口太低,造成了充電過程中的分解,電解液中的EC、DEC等溶劑在得到電子后,均會(huì)產(chǎn)生自由基,自由基反應(yīng)的直接后果就是產(chǎn)生低沸點(diǎn)的烴類、酯類、醚類和CO2等。假如電池內(nèi)部水分過多,也會(huì)造成產(chǎn)氣較多,造成電池起鼓,造成封裝薄弱處破裂。