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锂电池低容问题解析

电池制作过程中,如果生产出来的电池容量低于预期值,称为低容。如果是对于需要交付给客户的产品,那损失就大了。另外电芯低容问题,在电池研发阶段更是比较常见,需要从多方面找原因。

对于已经量产的电池,突然出现该批次电池低容,如何分析?

首先,量产的电池,在设计、测试等方面是没有问题的,重点要排除材料、工艺、环境方面的问题。

材料问题

a 正极材料异常

分析手段:

粉料做SEM,观察材料形貌,颗粒大小;

粉料做XRD分析,检查样品纯度;

粉料粒径分析,观察材料颗粒度情况;

粉料,做扣式电池,测试其容量。

b 负极材料异常

分析手段:

负极粉料SEM,观察材料形貌,颗粒大小;

负极粉料做XRD分析,检查样品纯度,石墨化度。

c 电解液

电解液是否过期,批次是否正常,检测电解液水分是否超标。

d 其次,确认其他辅材是否变质或受潮(例如粘结剂、导电剂、分散剂、溶剂、箔材等等)

2 工艺问题

电池制作工艺的好坏,直接反应到浆料、极片和电芯上。

浆料分散差、极片面密度不合格、极片外观异常、极片厚度不一、极片压密过大、裁切掉料等

确认浆料的分散情况,分散太差会导致极片导电性差,以及材料团聚影响极片的涂覆。极片涂覆不合格,正极片厚度超标容易导致负极析锂,正极片薄了导致容量不足。

分析手段:

通过对极片拍摄SEM来确认浆料的分散情况,测试极片的厚度,判定极片的均匀性。分析极片的状态,分析极片的压密情况。

3 环境问题

湿度超标,水含量超标会破坏SEI膜并消耗锂盐,降低电芯容量。

温度过低,电池在分容或测试过程中,车间温度低于正常温度,导致容量偏低。(尤其是冬季会有温度偏低现象)

分析手段:

查看该批次电池制作过程中的车间的温度、湿度记录表,确认是否存在异常。

对于水含量超标,我们可以拆解电池,观察负极界面是否金黄、或者通过EDSXRD观察极片是否有副反应产物生成。

对于车间温度低造成的容量低,我们可以在正常温度下重新测试,观察电池容量是否有回升。

4 测试程序问题

不合理的测试程序,如过充、过放、上限电压设置过高,都会导致正负极材料内部的结构被破坏,以及副反应的发生。

分析手段:

检查测试程序是否异常,对电池拆解,观察正负极片在SEM下的微观形貌。


5 其他问题

如果是在研发阶段的电池,那么不仅要考虑上述问题,还要确实设计、制作过程中的诸多问题。

例如:

a 确认N/P比是否合理,负极过量不足,会导致正极的锂无法嵌入到负极中,导致低容。

b 确认注液量是否合理,过少的注液量,导致极片浸润不够,容量不能完全释放。

c 确认电池结构设计是否合理,包括极片的面密度、压实密度、overhang的大小、极片的层数等。

d 确认化成温度,流程是否合理。

6 总结

造成锂电池电芯低容的原因是多方面的,能快速分析出致命的原因,需要很深的功力和经验。并且很多时候,也不是仅仅一个方面造成的。因此,为了让电池能达到理论的容量,需要在材料、设计、工艺、环境、人力等多方面的配合,缺一不可。

各位,希望大家共同努力,研究出长续航、高能量、安全稳定的锂电池。



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