淺論水分在鋰電池內(nèi)部的作用及影響

淺論水分在鋰電池內(nèi)部的作用及影響,固體電解質(zhì)界面(Solid-ElectrolyteInterface，簡稱SEI)膜是一層選擇性透過膜，能使Li+自由透過，而電解液分子不能透過。電解液的組成和痕量的添加劑對SEI膜形成的電位、致密程度、電池不可逆容量損失、電池內(nèi)阻等有顯著的影響。水作為電解液中一種痕量組分，對鋰離子電池SEI膜的形成和電池性能有一定的影響。主要表現(xiàn)為電池容量變小，放電時(shí)間變短，內(nèi)阻增大，循環(huán)容量衰減，電池膨脹等現(xiàn)象，因此，在鋰離子電池的制作過程中，必須嚴(yán)格控制環(huán)境的濕度和正負(fù)極材料、電解液的含水量。

 

水分對放電容量的影響：

電池放電容量隨電池中水分的增加而減小。在鋰源恒定的條件下，電池放電容量的變化主要由2個(gè)主要因素制約。

1、SEI膜的形成消耗部分Li十，造成不可逆容量損失，單電子還原過程生成的烷基碳酸鋰還可以與電解液中的痕量水發(fā)生反應(yīng)，2ROC02Li+H2O→LieC03+C02+2ROH，當(dāng)生成C02后，在低電位下的負(fù)極表面，有新的化學(xué)反應(yīng)發(fā)生2C02+2Li++2e→LieC03+CO。

2、SEI膜形成以后，在仍然有H2O存在的條件下，H2O會促使電解液中LiPF6的分解，使電池放電時(shí)間縮短，LiPF6→LiF+PFs，PFs+H2O→POF3+2HF。

 

水分對鋰電池內(nèi)阻的影響：

隨著電池水分的增加，內(nèi)阻呈上升的趨勢。產(chǎn)生電池內(nèi)阻差異的主要因素有如下2個(gè)方面。

1、SEI膜的差異導(dǎo)致電池內(nèi)阻的差異。在電解液溶劑體系中，痕量的水能夠形成以Li2CO3為主、穩(wěn)定性好、均勻致密的SEI膜，其內(nèi)阻較小。

2、水分含量多于體系形成SEI膜的所需含量時(shí)，在SEI膜表面生成POF3和LiF沉淀，導(dǎo)致電池內(nèi)阻增加。

 

水分對電池循環(huán)容量衰減的影響：

電池容量衰減隨水分含量增加而逐漸減小。這與SEI膜的致密程度和均勻性有關(guān)。當(dāng)SEI膜均勻致密時(shí)，電解液溶劑不易嵌人到負(fù)極中，占據(jù)Li十嵌人空位，因此容量衰減很少。與此相反，當(dāng)SEI膜的局部不致密、不均勻時(shí)，Li十嵌人空位被電解液溶劑占據(jù)相對較容易。LieC03是形成均勻致密SEI膜主要的組分，電解液溶劑體系中，當(dāng)水分含量過量時(shí)，會導(dǎo)致SEI膜的局部不致密、不均勻，因此容量衰減增加。

電池會膨脹主要是因?yàn)镾EI膜生成后水的存在使LiPF6分解生成HF氣體。