电极水分对磷酸铁锂电池性能的影响

电极水分对磷酸铁锂电池性能的影响

发表时间：2019-11-08T15:10:34.197Z 来源：《基层建设》2019年第22期作者：张斌林丹李世丰柳增富

[导读] 摘要：通过库仑法水分测试仪标定不同水分含量的磷酸铁锂正极片，将其制备成软包型锂离子电池。对其电化学循环性能?倍率性能?交流阻抗进行了测试。

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摘要：通过库仑法水分测试仪标定不同水分含量的磷酸铁锂正极片，将其制备成软包型锂离子电池。对其电化学循环性能?倍率性能?交流阻抗进行了测试。结果表明不同水分含量极片制备的电池循环性能及倍率性能与电极水分含量有密切关系。

关键词：电极水分；磷酸亚铁锂；软包电池；循环性能

引言：锂离子电池具有工作电压高、容量高、自放电小、循环寿命长、无记忆效应以及无环境污染等显著优点。是目前最具实用价值的移动电子设备电源及电动汽车动力电池。对于应用于电动汽车及大型储能装置中的大容量型动力锂离子电池，限制其推广应用的主要因素是电池的循环性能安全性能和成本。电池制造过程中，电极水分控制对于电池的循环寿命和安全性有着重要影响。

1水分含量对磷酸铁锂材料性能的影响

磷酸铁锂材料颗粒，尺寸较小，比表面积较大，在制备过程中也会加入占比不等的碳，使得其本身对水分含量非常敏感。当暴露在水分含量较高的环境中时，磷酸铁锂材料会出现明显的析锂现象，而金属锂则会与空气中的水分以及二氧化碳发生化学反应，生成LiOH和Li2CO3，降低材料活性，影响电性能。如表1所示，参考一般电池工厂材料存储条件，通过实验的方法，对不同存储时长下的磷酸铁锂材料表面力度，比表面等进行分析后发现，随着存储时间的增加，材料表面碱性明显增强，水以及LiOH含量稳步增长。

表1不同存储时长下的物化指标

2水分对磷酸铁锂电池内阻的影响

根据一般工艺要求，磷酸铁锂电池内部水分必须控制在合理的范围内，过多和过少都会对电池性能造成负面影响，最突出的表现就是电池内阻的增加。

当水分含量过低时（比如：极片过度干燥），极片掉粉现象会更加明显，在组装过程中电池因短路造成的不合格率明显增加。同时，由于极片涂层表面导电剂、活性材料、粘结剂之前缺少足够的连接，在电池进行预充激活时，电池内阻会在短时间内呈现明显的上升趋势，直至超出允许范围。

由图1可知，电池内阻随着含水量的增加而明显增加。电池预充时，由于多余的水分与SEI发生反应，会在SEI膜表面生成POF3和LiF 沉淀，导致电池内阻增加。同时，电池内部水分含量的增加，会导致隔膜水分含量超标，严重影响隔膜的绝缘性和散热性，也会导致电池内阻增大，并且电池后期出现短路、胀气等热失控现象的概率大大增加。

图1水分含量与电池内阻关系

3水分对电池放电容量的影响

由上文结论可以看出，随着磷酸铁锂材料水分的增加，材料表面碱性增加，活性物质占比下降，由此带来的最接影响是使得电池初次放电容量随之而降低。磷酸铁林材料表面金属锂的析出会直接影响SEI膜的构成，而多余的水分则会促使电解液中的LiPF6分化成LiF和PFs。也就是说，水分的增加会导致构造SEI膜最关键的两个因素Li+和电解液有效含量的降低，会直接导致SEI的厚度、均匀性等无法满足要求。而水分不断的与SEI膜发生反应，而SEI膜不断的进行修复，消耗电解液，进而使得电池循环容量急速衰减。

4水分含量对电池厚度的影响

随着水分含量的增加，电池的厚度也在变大。在SEI膜形成过程中会产生CO2、CO等气体。并且当水分过量时，多余的水会继续与电解液中的LiPF6反应产生HF气体。由图2可知，当电池内水分含量达到一定程度后，电池厚度与水分含量几乎成正比。