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锂动力锂电池为何会自放电?影响自放电率的后天因素是什么?

钜大LARGE  |  点击量:4796次  |  2021年07月28日  

1.锂动力锂电池自放电


锂动力锂电池在充电时不用先进行放电(因锂动力锂电池无记忆性),给使用带来了极大的方便性,同时也极大地节省了电能。锂动力锂电池还具备自放电低的优势,在非使用状态下贮存,内部几乎不发生化学反应,相当稳定。锂动力锂电池的自放电率仅为5%~10%。


锂动力锂电池由于受到电解液适配性、石墨负极特性、装配不一致等原由,经常会在使用或存放过程中出现电压下降的现象。电压下降的很大一部分原由是由锂动力锂电池电芯自身的自放电引起的。


2.锂动力锂电池自放电的原由


锂动力锂电池萌生自放电的重要原由是由于电极在电解液中处于热力学的不稳定状态,锂即动力锂电池的两个电极各自发生氧化还原反应的结果。在锂动力锂电池的两个电极中,负极的自放电是重要的,自放电的发生使活性物质被消耗,转变成不能利用的热能。

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锂动力锂电池自放电速率的大小是由动力学的因素决定的,重要取决于电极材料的本性、表面状态、电解液的组成和浓度、杂质含量等,也取决与搁置的环境条件,如温度和湿度等因素。


(1)物理微短路


物理微短路是造成锂动力锂电池端电压下降的笔直原由,其笔直表现是锂动力锂电池在常温、高温存储一段时间后,锂动力锂电池电压低于正常截止电压。与化学反应引起自放电相比,物理微短路引起的自放电是不会造成锂动力锂电池容量不可逆损失的。


通过观察和测量拆开的锂动力锂电池隔膜上黑点的数量、形貌、大小、元素成分等,来判断锂动力锂电池物理自放电的大小及其可能的原由:一般情况下,物理自放电越大,黑点的数量越多,形貌越深(特别是会穿透到隔膜另一面);根据黑点的金属元素成分判断锂动力锂电池中可能含有的金属杂质。引起物理微短路的原由很多,分为如下几种:


1)粉尘。将微短路的锂动力锂电池拆开,可发现锂动力锂电池的隔膜上会出现黑点。假如黑点的位置处于隔膜中间,大概率是因粉尘击穿的。锂动力锂电池在加工制造过程中,不可防止的混入灰尘杂质,这些杂质属性复杂,有些杂质可以造成正负极的轻微导通,使得电荷中和,电量受损。

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锂动力电在制成时,杂质造成的微短路所引起的不可逆反应,是造成个别锂动力锂电池自放电偏大的最重要原由。空气中的粉尘或者制成时极片、隔膜沾上的金属粉末都会造成内部微短路。加工时绝对的无尘是做不到的,当粉尘不足以达到刺穿隔膜进而使正负极短路接触时,其对锂动力锂电池的影响并不大。


但是当粉尘严重到刺穿隔膜这个度时,对锂动力电的影响就会非常分明。由于有是不是刺穿隔膜这个度的存在,因此在探测大批锂动力电自放电率时,常常会发现大部分锂动力电的自放电率都聚集在一个不大的范围内,而惟有小部分锂动力电的自放电分明偏高且分布离散,这些应当就是隔膜被刺穿的锂动力电。


2)毛刺。将微短路的锂动力锂电池拆开,当发现锂动力锂电池的隔膜上出现的黑点处于边缘位置占多数,便是极片分切过程中萌生的毛刺引起的。在锂动力锂电池电芯生命初期,只表现为自放电较高,而时间越长,其造成正负极大规模短路的可能性越大,是锂动力锂电池热失控的一个紧要成因。


3)正极金属杂质。正极的金属杂质经过充电反应后,也是击穿隔膜,在隔膜上形成黑点,造成了物理微短路的原由。一般来说,只要是金属杂质,都会对锂动力锂电池自放电萌生较大影响,一般是金属单质影响最大。据部分文献所述,影响排序如:Cu>Zn>Fe>Fe2O3。比如很多正极铁锂材料就会面对自放电过大的问题,也就是铁杂质超标引起的。


4)负极金属杂质。由于原电池的形成,负极金属杂质会游离出来,在隔膜处沉积而造成隔膜导通,形成物理微短路,某些低端的负极材料常常会遇见这样的情况。负极浆料中的金属杂质对自放电的影响力不及正极中的金属杂质,其中Cu、Zn对自放电影响较大。


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