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鋰離子電池電解質衰降原理分析

鉅大鋰電  |  點擊量:0  |  2020年10月31日  

鋰離子電池電解液假如沒有副反應的發生,鋰離子電池在理論上可以實現無限次循環。但是由于常規碳酸酯類電解液在正負極表面并不穩定,在使用過程中電解液會在正負極表面發生分解反應,導致電池容量的持續衰降。


電解質衰降


針對電解液在正負極表面的分解反應研究比較多,但是多數試驗都是在實驗室條件下進行的,電池以某個固定的循環制度進行反復的充放電引起電池的衰降,進而分析電池的衰降機理。但是在實際使用中,鋰離子電池的工作狀態要復雜的多,例如短時間的急加速,快速充電,長時間的擱置等是引起電解液分解的重要原因。


電解液衰減中都含有DMC、EMC等溶劑成分,這兩種溶劑在使用中會發生酯交換反應,生成類似結構的DEC,這也是我們在多數的電解液中都發現存在少量DEC的原因(0.3-1.3%)。


在鋰離子電池中除了溶劑會發生分解反應外,電解液中的LiPF6也會發生分解反應,通常我們認為鋰鹽的分解重要是由于電解液中存在的微量水分。通常而言,商業鋰離子電池電解液中的水分含量小于20mg/L,但是從電動汽車上拆解下來的電池水分含量遠遠高于這一數值(995,643,113和290mgL-1)。LiPF6在水分用途下分解出現的產物POF3,由于反應活性比較高,因此只在部分的電解液中有POF3的存在,但是電解液中的POF3會進一步分解成產物DFP。雖然DFP是LiPF6的一種分解產物,但是實際上DFP能夠幫助形成更加穩定的SEI膜,從而提升電池的循環性能。在LiPF6分解的過程中還形成了少量的HF,HF最終在負極形成LiF,成為SEI膜的一部分。


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