鋰電池電芯低容原因有哪些?

容量是電池的第一屬性，鋰電池電芯低容也是樣品、量產(chǎn)中經(jīng)常遇到的問(wèn)題，在遇到低容問(wèn)題后要怎么立刻分析出原因呢，今天就來(lái)給大家介紹一下鋰電池電芯低容原因有哪些?

鋰電池電芯低容原因有哪些

一、鋰電池電芯低容原因1：設(shè)計(jì)

材料的匹配特別是負(fù)極與電解液的匹配對(duì)電芯容量的影響尤為重大。由于文武的理論較差且?guī)缀醪豢赡軓墓?yīng)商口中得出類似于“你家電解液配別人家負(fù)極為啥會(huì)析鋰低容”問(wèn)題的答案，故雖然自己遇到過(guò)幾次由于材料匹配造成低容的情況，但對(duì)其發(fā)生的原理卻一直是一知半解、僅有一些自己的猜測(cè)而已。對(duì)于新負(fù)極或新電解液而言，若重復(fù)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)每次電芯都會(huì)析鋰低容，那材料本身不匹配的可能性就很大了。不匹配的原因可能是化成時(shí)形成的SEI膜不夠致密、太厚亦或不穩(wěn)定，也可能是電解液中的PC讓石墨層剝離，也不排除本身設(shè)計(jì)的面密度壓實(shí)過(guò)大造成電芯無(wú)法適應(yīng)大倍率充放電。雖然個(gè)中的理論我們沒(méi)法弄清，但出了問(wèn)題先詢問(wèn)供應(yīng)商是否有好的解決建議(類似于優(yōu)化化成工藝、減小充放電電流這類的)，若供應(yīng)商建議無(wú)效或干脆沒(méi)有建議，那就更換材料吧。

隔膜也是一個(gè)可能造成低容的影響因素，文武之前在使用國(guó)內(nèi)某廠單層PP低成本隔膜時(shí)(雖然我很恨你，但就不點(diǎn)名了)，發(fā)現(xiàn)手工卷繞的電芯隔膜會(huì)在每層的中間位置的縱向產(chǎn)生打皺，打皺的地方負(fù)極嵌鋰不充分未成金黃色進(jìn)而影響了電芯容量3%左右。雖然另外兩個(gè)型號(hào)使用半自動(dòng)卷繞時(shí)隔膜打皺的程度要輕很多且對(duì)容量的影響也就有1%，不過(guò)也不能成為停用該隔膜的依據(jù)。

容量設(shè)計(jì)余量不足也會(huì)造成低容。由于正負(fù)極涂布、分容柜的誤差及貼膠對(duì)容量的影響，設(shè)計(jì)時(shí)必須要留有一定的容量余量。設(shè)計(jì)容量余量時(shí)，既可以在算出所有制程全部剛好為中線的電芯容量后再留富余，也可以按所有影響容量的因素全部按下限發(fā)生后再計(jì)算富余。對(duì)于新材料而言，正極在該體系下的克發(fā)揮的準(zhǔn)確評(píng)估很重要。分容倍率、充電截止電流、充放電倍率、電解液的種類等，都會(huì)影響到正極克發(fā)揮。如果特意為了達(dá)到目標(biāo)容量而將正極克發(fā)揮設(shè)計(jì)值人為調(diào)高，也等價(jià)于設(shè)計(jì)容量不足。電池的界面一點(diǎn)問(wèn)題也沒(méi)有、整個(gè)制程數(shù)據(jù)也沒(méi)有問(wèn)題，但是電池就是低容。故新材料一定要注意評(píng)估準(zhǔn)確的正極克發(fā)揮，并非同一個(gè)正極在與任何負(fù)極、電解液相配時(shí)都有著一樣的克發(fā)揮。

負(fù)極過(guò)量也會(huì)在一定程度上影響正極克發(fā)揮、進(jìn)而影響電芯容量。負(fù)極過(guò)量并非“只要不析鋰”即可。在不析鋰的負(fù)極過(guò)量的下限繼續(xù)提高負(fù)極過(guò)量，正極克發(fā)揮也會(huì)有1%~2%左右的提升(不過(guò)原理想不太明白)，當(dāng)然即使提升了，單為了設(shè)計(jì)容量輸出越大越好的話，負(fù)極過(guò)量依舊是只要保證不析鋰即可。當(dāng)負(fù)極過(guò)量太高的時(shí)候，正極克發(fā)揮又會(huì)降低，原因?yàn)榛蓵r(shí)需要更多的不可逆鋰，當(dāng)然這種情況發(fā)生的概率幾乎沒(méi)有。

注液量較低時(shí)，相應(yīng)的保液量也會(huì)降低，當(dāng)電芯的保液量偏少時(shí)，則鋰離子在正負(fù)極嵌入脫嵌的效果就會(huì)受到影響，從而引發(fā)低容。雖然降低注液量后成本、制程都會(huì)有更小的壓力，但必須以不影響電芯性能作為降低注液量的前提。當(dāng)然，降低注液量(例如文武曾經(jīng)將一款型號(hào)的注液量降低至2.45g/Ah，結(jié)果死的很慘)只是會(huì)增加電芯由于保液量不足而引起低容的發(fā)生概率，而非必然結(jié)果。同時(shí)吸液越困難的型號(hào)，其多余的電解液應(yīng)該更多一些才對(duì)，以保證電解液浸潤(rùn)期間可以與極片更好的接觸。由于保液量受材料、電芯硬度要求等的影響較大，因此沒(méi)法給一個(gè)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)而只能以實(shí)驗(yàn)作為依據(jù)。電芯保液量不足時(shí)，正負(fù)極片會(huì)比較干，負(fù)極上面會(huì)產(chǎn)生薄薄的一層析鋰，此點(diǎn)可作為保液量不良造成的低容的一個(gè)因素。

二、鋰電池電芯低容原因2：制程

如果設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)或過(guò)往批次已經(jīng)確定的告訴了我們?cè)O(shè)計(jì)不會(huì)是造成低容的原因，那么制程的造成的異常就很值得懷疑了。

正極或負(fù)極涂布偏輕可直接造成電芯低容。當(dāng)正極涂布偏輕時(shí)，滿充電芯的界面不會(huì)有異常，此時(shí)需要通過(guò)文武在《思路》里面給出的烘烤測(cè)量正極片重量的方法來(lái)確定問(wèn)題。負(fù)極作為鋰離子的接受體，其可提供的嵌鋰位置數(shù)量一定要大于正極提供的鋰源數(shù)量，否則多余的鋰就會(huì)在負(fù)極表面析出，從而形成薄薄的一層較均勻的析鋰。如前所述，由于負(fù)極極片重量不能直接取電芯拆出極片的烘烤重量，故一是可以另作實(shí)驗(yàn)找到負(fù)極增重比例以通過(guò)電芯拆出負(fù)極片的烘烤重量推算涂布重量，二是可以對(duì)比低容與合格電芯或析鋰電芯與不析鋰電芯負(fù)極相對(duì)重量(滿不滿充無(wú)所謂，因?yàn)閷?duì)比的是相對(duì)的重量)，若是合格電芯負(fù)極相對(duì)重量都要偏重一些且同時(shí)低容電芯負(fù)極出現(xiàn)了薄薄一層負(fù)極析鋰的情況，那負(fù)極過(guò)量不足的可能性就很大了。另外，正極或者負(fù)極涂布陰陽(yáng)面也會(huì)造成低容，而其中又以負(fù)極單面涂布偏輕為主，因?yàn)檎龢O即使涂布重了，雖然克發(fā)揮會(huì)降低，但總的容量不會(huì)降低反而甚至可能升高。判斷陰陽(yáng)面就很簡(jiǎn)單了，一面界面OK一面析鋰基本可以斷定為陰陽(yáng)面，如果負(fù)極工藝為錯(cuò)位涂布的話，直接對(duì)比烘烤后單雙面相對(duì)重量比值、只要得出類似于A面比B面涂布輕了6%這樣的數(shù)據(jù)就基本可以斷定問(wèn)題了，當(dāng)然如果此次低容問(wèn)題很嚴(yán)重，那進(jìn)一步反推A/B面的實(shí)際面密度也是有必要的。(如果負(fù)極頭尾都是對(duì)齊涂布的，那文武暫時(shí)找不到好的稱量單面重量的方法，同時(shí)也希望有經(jīng)驗(yàn)的朋友們賜教)輥壓會(huì)破壞材料的結(jié)構(gòu)，進(jìn)而影響容量的發(fā)揮。一個(gè)材料之所以會(huì)有諸如容量、電壓等的性能，其分子或原子結(jié)構(gòu)為根本原因。當(dāng)正極輥壓密度超工藝值(原因可能為輥壓厚度低于工藝下限，但更可能的因素是涂布重了還繼續(xù)按原輥壓工藝輥壓)時(shí)，其電芯拆開(kāi)后正極片會(huì)很亮。若正極壓實(shí)太大，卷繞后正極片易斷片也會(huì)造成低容。但由于正極壓死會(huì)造成極片一折就斷、正極輥壓本身就需要很大的壓力，所以遇到正極壓死的頻率較負(fù)極壓死會(huì)低很多。當(dāng)負(fù)極壓死時(shí)，負(fù)極表面會(huì)形成一條條或者一塊塊的析鋰(與負(fù)極過(guò)量不足時(shí)幾乎覆蓋整個(gè)負(fù)極表面的薄薄一層的析鋰差異較大)，同時(shí)電芯的保液量會(huì)明顯降低。當(dāng)壓實(shí)進(jìn)一步增加時(shí)，析鋰的塊狀區(qū)域增加的同時(shí)、析鋰的量(析鋰顏色偏白的程度)也會(huì)增加，電芯表面白金兩種顏色分明且很干涸，看起來(lái)甚至讓人作嘔。

水含量超標(biāo)也會(huì)造成低容。當(dāng)電芯注液前水極片水含量超標(biāo)、注液手套箱露點(diǎn)不合格、電解液水含量超標(biāo)、除氣二封引入水分時(shí)，電芯都有可能低容。電芯化成時(shí)需要痕量的水分，但是當(dāng)水分超過(guò)一定值時(shí)(注液前極片水含量大于250ppm，僅供參考)，多余的水分會(huì)破壞SEI膜并消耗電解液中的鋰鹽，從而降低電芯容量。水含量超標(biāo)的電芯滿充負(fù)極程一小塊一小塊的黑褐色。

分析低容時(shí)，若已經(jīng)是胸有成竹則大可隨便拆幾個(gè)外觀不良電芯就可以基本確認(rèn)問(wèn)題，若是低容造成了批量損失需要詳細(xì)報(bào)告、亦或低容原因是自己之前未曾見(jiàn)過(guò)的，則需要踏踏實(shí)實(shí)從收集制程數(shù)據(jù)、對(duì)比低容及合格電芯、改善方案提出等方面進(jìn)行細(xì)致分析;特別是新確認(rèn)一個(gè)自己未見(jiàn)過(guò)的低容情況前，一定要有重復(fù)嚴(yán)重實(shí)驗(yàn)或最起碼要有制程異常數(shù)據(jù)收集作為所得結(jié)論的基礎(chǔ)。頭幾次對(duì)問(wèn)題細(xì)致的分析，可以幫助我們養(yǎng)成分析問(wèn)題的思路，之后再次遇到問(wèn)題時(shí)，才會(huì)游刃有余。