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干货|两种常见的析锂原因分析及改善

锂电联盟会长 2023-06-16 12:00
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导语

据悉，析锂一般发生于充电过程，而充电又是负极与电解液发生反应的过程，如果负极与电解液之间不匹配，则会造成多种多样的界面异常。但是由于个中原理较为复杂，目前仅能对此类问题阐述皮毛。

01


电解液与负极不匹配析锂


不匹配造成的轻微均匀析锂

原理：当电解液与负极不匹配时，可能造成形成的SEI膜较厚不利于锂离子导通，也可能由于电解液浸润不好而引发析锂。图一图二为文武之前遇到的一次高压实负极首次开发样品的析锂，图三图四为文武刚开始接触高电压电解液时试验电芯界面，二者后来分别通过换负极、换电解液得以改善，但是深入的原理未知。

改善：评估好稳定的材料体系（下同，不再赘述）。
不匹配造成的严重析锂


原理：本例素材由群友提供，其在评估某款低成本电解液时遇到了上述现象，而使用正常电解液的电芯界面则没有异常。我们可以简单地推测出电解液与负极发生了严重的副反应，但是深入原理恐怕难以触及。

负极黑斑


原理：本图片来自于国内某一线企业的分析报告，经过后续对黑斑位置的XRD分析，发现该处负极主要为未充分嵌锂的LiC12；经过对黑斑的SEM分析，发现该位置石墨负极有分层、颗粒破碎的现象；经过电解液成分及反应原理分析，发现是电解液中的PC造成了石墨的分层。

改善：对于天然石墨而言，需慎用含PC的电解液。

负极黑点



原理：本图片来自于一款文武之前遇到的新材料体系中试图片，电芯批量低容，50%的电芯拆解后有以上负极黑点异常。由于当时分析手段有限，截止到目前也只能推测这次黑点异常与上面的黑斑异常原理接近，一些化成时的不充分条件如低温、不合适的电流或SOC等造成了黑点，“点”与“斑”的差异只是同一问题的不同表象。

02


电解液浸润不良析锂

综述：电解液作为锂离子导通的通道，如果量少或未能充分浸润极片，就会引发析锂。

注液量少析锂


原理：当注液量较少时，锂离子在正负极间迁移的路径受阻，从而造成细点状的未嵌锂区域或析锂区域。

特点：若锂离子无法迁移至负极则会造成该位置形成细点状的未嵌锂区域（图1的内圈负极），若锂离子迁移至负极但是无法嵌入负极内部则会引发析锂（图二）。

改善：通过极片、隔膜孔隙率及电解液密度算出注液量，新型号本着宁多勿少的原则设计注液量。

失液量大析锂


原理：即使保证注液量足够，电芯也依旧有电解液不足造成析锂的风险。极片压实过高造成吸液困难、注液后老化时间不够、夹具压力太大、除气抽真空过猛等原因都可能引发失液量过大析锂。

特点：与注液量不足相似，失液量过大的界面也同时有细点状未嵌锂区域及析锂区域共同构成。
改善：确定材料体系保证性能的最低保液量要求，除气时记录好失重。

极片中心浸润不良析锂



原理：电芯吸液时，电解液一般从电芯头尾部渗入到极片中心位置，如果给出的电解液浸润时间不足，则极片中心位置可能无法充分被电解液浸润，锂离子来到负极片中心位置，由于没有足够多的导通通道，而产生析锂。

特点：此类异常在圆柱电芯更为常见。
改善：增加注液后老化时间及温度，适当降低装配比。

负极压死+失液量大析锂


原理：单纯负极压死或失液量大都会造成析锂，原理上文已讲。负极压实大，同时也会降低电芯的保液量，如果二者同时发生，就会造成非常严重的压死+保液量低析锂。

特点：析锂的形状分布与压死接近，但是析锂程度比单纯压死的更严重，极片、隔膜也很干。

改善：控制负极压实，辊压后不要发亮，除气过程控制失液量。
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