鋰電新聞
Lithium Battery News
鋰離子電池析鋰的原因分析
來源:鋰離子電池
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作者:友創偉業
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發布時間: 2020-08-31
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鋰離子電池析鋰是鋰電行業中極其常見的一種異常現象，不同的析鋰狀態，往往也對應著不同的原因，根據析鋰狀態分析原因，可以提高產品良品率。
從大方向來分類的話，鋰離子電池析鋰原因分成五大類：負極余量不夠造成的析鋰；充電機制造成的析鋰；嵌鋰路徑異常造成的析鋰；主材異常造成的析鋰；特殊原因造成的固定位置析鋰。下面分別針對上述五大類原因，來對析鋰的具體原因進行分析。
1、負極余量不夠造成的鋰離子電池析鋰
鋰離子在充電時從正極脫嵌之后，一定要有一個歸宿。一般而言，歸宿是嵌入到負極當中，但是當負極過量不夠、負極可嵌入鋰離子少于正極脫嵌的鋰離子時，鋰離子就只能在負極表面析出了。負極過量不夠，算得上是析鋰的最常見原因。
而根據負極過量不夠的位置，又可以細分成下面三組析鋰情況：
① 常規負極過量不夠的析鋰
當負極過量不足時，從正極脫嵌后來到負極的鋰離子沒有足夠的嵌入空間，因而只能形成金屬鋰單質并析出在負極表面。由于負極過量不夠程度一般是均勻的、正極脫嵌的鋰離子也是均勻來到負極的，因此負極過量不夠造成的析鋰也都是均勻的一層，析鋰嚴重程度的大小與負極過量不夠的程度密切相關，過量不足程度越高則析鋰越嚴重。
② 陰陽面析鋰
當一個電芯出現正極單面涂重或者負極單面涂輕時，就會造成這個電芯的負極兩面一側析鋰一側不析鋰，這也就是俗稱的陰陽面。陰陽面電芯析鋰一側的界面與負極過量不足析鋰完全一致，而另外一側則是金黃色（石墨負極的話）。
③ 正極頭部涂布未削薄析鋰
如果在涂布時未對正極頭部進行削薄，那么正極頭部位置的敷料就可能會偏厚，這樣對應負極頭部就會出現過量不足的情況，從而造成負極頭部出現一段條狀的析鋰。
2、充電機不當制造成的鋰離子電池析鋰
由于析鋰發生在充電階段，因而充電機制的變化也一定會是析鋰的原因之一。下面列出了幾種由于充電機制而造成析鋰情況：
① 低溫充電析鋰
低溫充電析鋰的原因，是負極在低溫時的嵌鋰阻抗明顯大于正極脫鋰阻抗，雖然鋰離子可以在低溫下相對快速的從正極脫嵌，但是卻無法及時嵌入到負極當中，從而引發析鋰。
（2）大倍率充電析鋰
常溫充電如果一味的增加充電倍率，負極也會由于無法快速完成嵌鋰而引發析鋰。在常規容量型設計下，電芯能經受的最大充電倍率在1C~1.5C左右，如果產品在使用期間需要進一步增加充電電流，那么就需要對極片和電解液采用特殊設計了。否則充電倍率越大，析鋰就會越嚴重。
② 過充電析鋰
當電池的充電電壓或充電容量大幅超過設計值時，就會有較多過量的鋰離子從正極脫嵌出來，而由于負極在設計時根本就沒有為這些多余的鋰離子預留空間，因此析鋰也就不可避免了。在過充電時，鋰離子從正極的脫嵌是均勻的、不會隨極片位置的變化而不同，因此過充電造成的析鋰也是均勻一層。
3、嵌鋰路徑異常造成的鋰離子電池析鋰
在鋰離子電池充電時，鋰離子從正極脫嵌后，途經電解液然后嵌入到負極當中。但是如果正負極界面接觸不好，就會造成鋰離子在負極表面析出。具體情況如下：
① 隔膜打皺析鋰
當隔膜由于自身質量原因而出現打皺時，對應位置的鋰離子從正極脫嵌后，就沒法均勻的嵌入負極，從而造成對應位置的負極要么成未充分嵌鋰的褐色、要么產生與隔膜打皺方向一致的條紋狀析鋰。
② 電芯變形析鋰
當電芯厚度較大時易產生變形，當變形比較嚴重時，就可能造成電芯變形位置對應的極片接觸不良，從而產生上圖中條狀的嵌鋰不良區域，偶爾也會伴隨著析鋰。
③ 常規化成且化成前未熱冷壓析鋰
如果電芯厚度比較大，那么即使注液之后不熱冷壓直接進行常規化成，界面也不會有太大問題。但是對于一些厚度小于3mm的薄電芯而言，如果化成時本來就沒有上夾，且化成前又忘記了進行熱冷壓或者夾具baking，那界面就會比較悲慘了。
由于薄電池界面間接觸難以緊密，因此如果化成前和化成時都沒有對其表面施加壓力的話，化成產氣就無法完全排出并影響界面接觸，進而產生點狀嵌鋰不足及點狀析鋰。
④ 夾具化成未加壓力析鋰
由于夾具化成往往伴隨著大電流、高充電SOC，因而化成期間產氣的速度更快，化成后電池的界面也會有明顯的金黃色、對應嵌鋰不足的位置看起來會更為明顯。不論是化成前沒有熱冷壓的薄電芯、還是本該夾具化成卻沒有加壓的電芯，只要在除氣前發現問題，那么重新進行帶夾具的小電流放電和化成一次，是可以對界面有明顯改善的。
⑤ 嵌鋰路徑析鋰小結：
當嵌鋰路徑發生異常時，電芯最明顯的界面異常是出現褐色的嵌鋰不充分區域，其次才是對應位置的輕微析鋰。由于各家化成工藝、材料不盡相同，因此各位實際遇到的化成時界面接觸不良造成得析鋰現象，可能會與上面的圖示有一定差異。
4、主材異常造成的鋰離子電池析鋰
充電過程中，鋰離子的歸宿是透過SEI膜并最終嵌入負極，如果SEI膜或負極出現了問題，造成鋰離子無法正常嵌入，那么結果就只能是析鋰了。
① 負極壓死析鋰
當負極片壓實超過其極限時，鋰離子來到負極后就會由于負極結構被壓壞或沒有充足的嵌入空間而析出在負極表面。負極壓死造成的析鋰并不像化成接觸不好那樣的析鋰可以修復，且對電芯的容量、循環皆有致命影響。
② 電解液少造成的析鋰
當電池注液量比較少、或者注液后老化時間較短時，電解液將無法完全浸潤負極，未充分浸潤的位置，就會形成上圖所示的、干涸的未嵌鋰小黑斑，黑斑的周圍有可能出現輕微的析鋰。
③ 電解液不匹配的析鋰
這種原因造成的析鋰原理，文武目前也沒有完全搞明白，猜測可能是由于電解液和負極不匹配，造成SEI膜過厚或不均勻，然后阻礙了鋰離子的嵌入；或是電解液無法充分浸潤到負極中，從而引發鋰離子嵌入困難。
④ 未化成直接分容造成析鋰
如果電芯沒有進行小電流化成而直接就進行了分容充電，那么SEI膜就無法有效形成，從而在充電過程中影響鋰離子嵌入負極并引發析鋰。對應的析鋰圖片呈上圖所示的斑點狀。
⑤ 水含量超標析鋰
微量的水分有助于SEI膜的形成，但是當水含量超標時，就會與電解液中的鋰鹽發生副反應并破壞SEI膜成分，從而影響鋰離子嵌入負極并形成上圖中的不規則褐色區域，一些時候褐色區域也會發生析鋰。
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