鋰電池水分過(guò)多照成的影響及危害

時(shí)間：2017-03-21作者：深圳市芬析儀器制造有限公司瀏覽：104

鋰電池水分過(guò)多照成的影響及危害:

在鋰離子電池的制造過(guò)程中，有很多東西是必須嚴(yán)格控制的，一是粉塵，二是金屬顆粒，三是水分。


水分對(duì)鋰離子電池影響巨大，主要會(huì)造成以下不良后果： 
1、 電解液變質(zhì)，使電池鉚釘生銹 
我們公司電池的所用的電解液，是不能在水分過(guò)高的環(huán)境下使用的。電池注液的時(shí)候，必須要在小于1%濕度的環(huán)境下，并且注液后趕快封口，阻止電池內(nèi)部和空氣接觸。如果水分過(guò)高，電解液和水分反應(yīng)，生成微量有害氣體，對(duì)注液房環(huán)境有不良影響；這也會(huì)影響電解液本身的質(zhì)量，使得電池性能不良；還會(huì)使電池鉚釘生銹。 
2、 電池內(nèi)部壓力過(guò)大 
水分會(huì)和電解液中的一種成分反應(yīng)，生成有害氣體。當(dāng)水分足夠多時(shí)，電池內(nèi)部的壓力就變大，從而引起電池受力變形。如果是手機(jī)電池，就表現(xiàn)為鼓殼；如果是我們的26650電池，就表現(xiàn)為高度**標(biāo)。如果是我們的32xxx電池，那防爆閥就會(huì)開裂，電池也就報(bào)廢了。當(dāng)內(nèi)部壓力再高的時(shí)候，電池就有危險(xiǎn)了，爆裂使得電解液噴濺，電池碎片也*傷人。

鋰電池水分過(guò)多照成的影響及危害: 
3、 高內(nèi)阻(High ACR)
電池在使用的時(shí)候，內(nèi)阻小，就能進(jìn)行大電流放電，電池的功率也就很高；如果內(nèi)阻大，就不能進(jìn)行大電流放電，電池的功率也就比較低。就比如手機(jī)電池，快沒(méi)電的時(shí)候，可以收發(fā)短信，但不能打電話，一打電話就關(guān)機(jī)。這是因?yàn)榇螂娫挼臅r(shí)候，需要的功率大于收發(fā)短信所需。 
4、 高自放電(HSD)
自放電，是指電池在不使用的情況下，電量也會(huì)損耗。當(dāng)這個(gè)損耗在規(guī)定的情況下**過(guò)一定量之后，這只電池就被認(rèn)為是高自放電，成為B品或報(bào)廢電池。 
HSD很嚴(yán)重的時(shí)候，充滿電的電池，過(guò)不了多久，電量就會(huì)損耗殆盡，甚至使的電池的電壓變?yōu)?V。 
而我們公司生產(chǎn)的鋰離子電池，任何情況下電壓是不能**2.0V的，如果電壓**2.0V，電池就會(huì)出現(xiàn)不可逆轉(zhuǎn)的化學(xué)反應(yīng)，就失去了循環(huán)充放電的能力，電池也就報(bào)廢了。 
對(duì)于客戶（使用者）而言，自放電所引起的結(jié)果就是，手機(jī)今天充電，明天就沒(méi)電，電動(dòng)車今天騎來(lái)公司的時(shí)候，還是滿電的，下班的時(shí)候，就已經(jīng)沒(méi)有電了，汽車停在停車場(chǎng)半個(gè)月，重新啟動(dòng)時(shí)沒(méi)有電了。這些，都是自放電電池在客戶端的表現(xiàn)，它會(huì)讓電池失去使用功能，而導(dǎo)致客戶非常不滿。 
對(duì)于我們自己而言，高自放電的電池多了，我們的合格率就低了，如果有5%的電池高自放電，當(dāng)我們產(chǎn)量達(dá)到40000只/天的時(shí)候，就意味著每天有2000只電池需要報(bào)廢，意味著14萬(wàn)塊錢要報(bào)廢，一年將有168萬(wàn)塊報(bào)廢，如果用來(lái)買汽車，意味著報(bào)廢了10輛中檔轎車，如果買房子，在常州新北區(qū)應(yīng)該可以買兩三套了。 
5、 低容量 
電池內(nèi)部水分過(guò)高，損耗了電解液的有效成分，也損耗了鋰離子，使得鋰離子在電池負(fù)極片發(fā)生不可逆轉(zhuǎn)的化學(xué)反應(yīng)。消耗了鋰離子，電池的能量就減少了。 
用26650電池給電鉆供電，充滿電后本來(lái)可以使用1小時(shí)，因?yàn)殡姵貎?nèi)部有水分，就只能使用50分鐘了；用將來(lái)的汽車用32xxx電池來(lái)供電，充滿電后本來(lái)可以行駛 150公里，結(jié)果只能行駛130公里，如果偏偏前不著村后不挨店，沒(méi)法充電的話，還得找個(gè)拖車來(lái)拖汽車。 
6、 低循環(huán)壽命 
我們公司的電池，是鋰離子電池家族中，壽命較長(zhǎng)的，26650可以充放電循環(huán)3000次。如果水分**標(biāo)，情況就不會(huì)這么樂(lè)觀了。
26650裝進(jìn)電動(dòng)工具，承諾給客戶說(shuō)可以使用5年，結(jié)果4年就充不進(jìn)電、干不了活了，客戶會(huì)答應(yīng)嗎，還會(huì)買我們的電池嗎？ 
32xxx裝進(jìn)電動(dòng)汽車，承諾可以使用10年，結(jié)果8年9年的時(shí)候，開不了幾公里就沒(méi)電了。如果我們自己就是用戶，我們會(huì)答應(yīng)嗎？ 
7、 電池漏液 
當(dāng)電池內(nèi)部的水分多的時(shí)候，電池內(nèi)部的電解液和水反應(yīng)，其產(chǎn)物將是氣體和氫氟酸，氫氟酸是一中腐蝕性很強(qiáng)的酸，它可以使電池內(nèi)部的金屬零件腐蝕，進(jìn)而使電池較終漏液。 
如果電池漏液，電池的性能將急速下降，而且電解液還會(huì)對(duì)使用者的機(jī)器進(jìn)行腐蝕，終而引起較加危險(xiǎn)的失效。

 

水分的來(lái)源 
車間中的水分來(lái)源 
的來(lái)源多種多樣，一般來(lái)自于以下幾個(gè)方面：空氣中的水分、人體出汗產(chǎn)生的水分、人體呼吸產(chǎn)生的水分；雨天，衣服淋濕之后，沒(méi)有完全干燥就進(jìn)入車間；洗手后，手沒(méi)有烘干就進(jìn)入車間。水分還來(lái)自紙箱等包裝物，這些包裝物的含水量很高，也是水分的來(lái)源之一，對(duì)于我們所使用的原材料，輔料，他們也是帶有不同含量的水分的，譬如紙巾，譬如隔膜紙，譬如較片，他們都是吸水性非常強(qiáng)的物質(zhì)，一旦水分被吸進(jìn)去，就要花能量去把它除掉。 
空氣中的水分，一般用相對(duì)濕度來(lái)衡量。在不同溫度和天氣，有很大的差別，在夏天的雨天可以達(dá)到90%，冬天的雪天則30%左右，在夏天的晴天50%左右，冬天的晴天則20%左右。人呼吸的時(shí)候，距離鼻孔2厘米，濕度則達(dá)到85%。 
空氣中水的重量，可以參見下表：

21℃時(shí)濕度 水分含量/ppm 水的重量g/m3
1% 245 0.3
2% 512 0.6
10% 2461 3.1
15% 3697 4.6
20% 4935 6.2
25% 6176 7.7
30% 7421 9.3
49% 12120 15.2
82% 20370 25.5

電池中的水分來(lái)源 
車間中的水分控制，較終還是要用于控制電池中的水分。對(duì)于電池中的水分，它的來(lái)源就主要是來(lái)之于材料，當(dāng)然也涉及環(huán)境。 
正極片 
我們的正極片使用的是納米材料，這種納米材料具有很強(qiáng)的吸水性，很*周圍的空氣中吸收水分。 
負(fù)極片 
負(fù)極片比正極片來(lái)說(shuō)，吸水性相對(duì)低一點(diǎn)，當(dāng)然，在沒(méi)有控制濕度的環(huán)境下，其從環(huán)境空氣中吸水?dāng)?shù)量也是相當(dāng)可觀的。 
隔膜紙 
隔膜紙也是一種多孔性的塑料薄膜，其吸水性也是很大的。 
電解液 
電解液是一種非常怕水的物質(zhì)，它也非常*吸水，他會(huì)和水進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，直至所有的電解液物質(zhì)反映完成，也就是說(shuō)，他喝水的能力是永無(wú)止境，直至自己死掉。 
其他金屬零件 
雖然金屬零件本身對(duì)水分的吸收有限，但是，金屬零件對(duì)水分卻很怕，因?yàn)樗值拇嬖跁?huì)使其生銹或者腐蝕。

材料中的水分含量是電池中水分的主要來(lái)源，當(dāng)然，環(huán)境濕度越大，電池材料越*吸收水分。 
在30%組裝車間 
在這個(gè)車間，是電池材來(lái)吸水的主要場(chǎng)所，所有的重要原材料，正極片，負(fù)極片，隔膜紙，電池零件都暴露在這個(gè)車間一段時(shí)間，所以，他是電池材料吸水的主要場(chǎng)所，而且，停留時(shí)間越長(zhǎng)，吸的水分就越多，因此，在這個(gè)車間，我們應(yīng)該保證產(chǎn)品呆在這個(gè)車間的時(shí)間越短越好。 
在30%激光焊車間 
激光焊車間也是30%的濕度，因?yàn)殡姵卦谶@個(gè)階段還沒(méi)有封口，所以也需要控制電池在這個(gè)車間等待的時(shí)間，保證電池的水分含量足夠小。 
在車間走廊(約30～90%，隨天氣而變)
車間走廊是沒(méi)有控制濕度的，如果電池等待在這個(gè)區(qū)域，那么它的吸水性將是較大的，所以，要**避免未封口的電池和材料暴露在這個(gè)區(qū)域。下圖是一卷點(diǎn)焊了較耳的正極片，完全干燥后，在(50～70)%的環(huán)境下的吸水圖：

由圖可見，經(jīng)過(guò)一天，吸水量達(dá)到較片本身的0.3%，經(jīng)過(guò)兩天，水分達(dá)到0.5%，經(jīng)過(guò)五天，水分達(dá)到0.7%；換算成32113電池的話，則1只電池1天吸20滴水。因此電池轉(zhuǎn)移經(jīng)過(guò)車間走廊時(shí)，一定要*穩(wěn)健。

在30%烘烤房 
這個(gè)車間，是非常重要的，之所以說(shuō)重要是，因?yàn)殡姵匚盏降乃兴郑急仨毻ㄟ^(guò)這個(gè)工序烘烤出來(lái)。如果烘烤不出來(lái)，那么，**所有提到的問(wèn)題都會(huì)在我們的產(chǎn)品表現(xiàn)出來(lái)。烘烤后的電池必須在較短的時(shí)間內(nèi)轉(zhuǎn)進(jìn)注液房，否則，電池將會(huì)吸水很嚴(yán)重。下面是烘干后的電池在烘烤房陳放時(shí)的吸水曲線：

這個(gè)圖說(shuō)明，烘烤后的電池，在30%的房間，僅僅由一個(gè)小小的注液孔透氣，就會(huì)在15分鐘吸水達(dá)到電池本身重量的0.003%，也就是0.006g，幾乎是五分之一滴水。然后需要在過(guò)渡烘箱加烘至少4小時(shí)，才能再次烘干這15分鐘的吸水量。

在1%注液房 
這個(gè)房間，是濕度應(yīng)該較嚴(yán)格控制的房間，濕度應(yīng)該控制在1%以下，溫度控制在23C以下。如果達(dá)不到這個(gè)要求，**所有的控制都會(huì)失敗，電池會(huì)重新吸收水分，電解液在注液過(guò)程中也會(huì)吸收水分。如果這里控制不好，前功盡棄。下圖是烘干的32113電池，放在注液房的吸水曲線圖。僅僅由一個(gè)小小的注液孔透氣，就會(huì)在16個(gè)小時(shí)后，吸水達(dá)到電池本身重量的0.01%，也就是0.02g，幾乎是1滴水的一半。 
因此電池轉(zhuǎn)進(jìn)注液房以后，我們要用膠帶暫時(shí)封住注液孔，當(dāng)注液的時(shí)候才能拿開，一次注液后陳化時(shí)，又要用膠帶封住注液孔。 
等待注液的電池，還要存在真空箱內(nèi)，抽真空以阻止空氣中的水分。


在這個(gè)1%的注液房，需要一個(gè)功率很大的除濕機(jī)來(lái)輸送干空氣。假如帶1滴水(1滴水約為0.05g)進(jìn)入注液房，就需要耗費(fèi)5度電才能除掉這1滴水。 
在能源緊缺的今天，這是一個(gè)巨大的浪費(fèi)。雖然電費(fèi)由公司來(lái)出，但發(fā)電站在我們國(guó)家，用煤發(fā)電又會(huì)向空氣中排放很多污染，損害的依舊是我們自己。 
所以在雨天，淋濕的衣服一定要干燥后才能進(jìn)入車間； 
洗手后一定用干手機(jī)烘干手上的水珠； 
進(jìn)入26650裝配車間時(shí)，一定要經(jīng)過(guò)風(fēng)淋系統(tǒng)。 
這一點(diǎn)一滴，保護(hù)的不僅僅是公司的利益，較是我們家園的環(huán)境。 
固體電解質(zhì)界面(Solid-ElectrolyteInterface，簡(jiǎn)稱SEI)膜是一層選擇性透過(guò)膜，能使Li+自由透過(guò)，而電解液分子不能透過(guò)。電解液的組成和痕量的添加劑對(duì)SEI膜形成的電位、致密程度、電池不可逆容量損失、電池內(nèi)阻等有顯著的影響。水作為電解液中一種痕量組分，對(duì)鋰離子電池SEI膜的形成和電池性能有一定的影響。主要表現(xiàn)為電池容量變小，放電時(shí)間變短，內(nèi)阻增大，循環(huán)容量衰減，電池膨脹等現(xiàn)象，因此，在鋰離子電池的制作過(guò)程中，必須嚴(yán)格控制環(huán)境的濕度和正負(fù)極材料、電解液的含水量。
水分對(duì)放電容量的影響：
電池**放電容量隨電池中水分的增加而減小。在鋰源恒定的條件下，電池**放電容量的變化主要由2個(gè)主要因素制約。
1、SEI膜的形成消耗部分Li十，造成不可逆容量損失，單電子還原過(guò)程生成的烷基碳酸鋰還可以與電解液中的痕量水發(fā)生反應(yīng)，2ROC02Li+H2O→LieC03+C02+2ROH，當(dāng)生成C02后，在低電位下的負(fù)極表面，有新的化學(xué)反應(yīng)發(fā)生2C02+2Li++2e→LieC03+CO。
2、SEI膜形成以后，在仍然有H2O存在的條件下，H2O會(huì)促使電解液中LiPF6的分解，使電池放電時(shí)間縮短，LiPF6→LiF+PFs，PFs+H2O→POF3+2HF。
水分對(duì)鋰電池內(nèi)阻的影響：
隨著電池水分的增加，內(nèi)阻呈上升的趨勢(shì)。產(chǎn)生電池內(nèi)阻差異的主要因素有如下2個(gè)方面。
1、SEI膜的差異導(dǎo)致電池內(nèi)阻的差異。在電解液溶劑體系中，痕量的水能夠形成以Li2CO3為主、穩(wěn)定性好、均勻致密的SEI膜，其內(nèi)阻較小。
2、水分含量多于體系形成SEI膜的所需含量時(shí)，在SEI膜表面生成POF3和LiF沉淀，導(dǎo)致電池內(nèi)阻增加。
水分對(duì)電池循環(huán)容量衰減的影響：
電池容量衰減隨水分含量增加而逐漸減小。這與SEI膜的致密程度和均勻性有關(guān)。當(dāng)SEI膜均勻致密時(shí)，電解液溶劑不易嵌人到負(fù)極中，占據(jù)Li十嵌人空位，因此容量衰減很少。與此相反，當(dāng)SEI膜的局部不致密、不均勻時(shí)，Li十嵌人空位被電解液溶劑占據(jù)相對(duì)較*。LieC03是形成均勻致密SEI膜較主要的組分，電解液溶劑體系中，當(dāng)水分含量過(guò)量時(shí)，會(huì)導(dǎo)致SEI膜的局部不致密、不均勻，因此容量衰減增加。
電池會(huì)膨脹主要是因?yàn)镾EI膜生成后水的存在使LiPF6分解生成HF氣體。


目前的除水措施 
消除環(huán)境水分：我們建立干燥車間。用干燥機(jī)生成干燥空氣，不斷的輸進(jìn)干燥車間，置換車間內(nèi)的濕空氣。 
消除電池內(nèi)部的水分：用真空烘烤來(lái)除水；烘烤結(jié)束后，首先要測(cè)試電池是否烘烤合格，這個(gè)測(cè)試儀器花了15萬(wàn)塊錢。把電池在水分較低的注液房 （濕度＜1%）用較短的時(shí)間內(nèi)完注液，陳化，封口，阻止電池和空氣中的水分接觸；在沒(méi)封口之前，還要用膠帶封進(jìn)注液孔。 
人體水分的控制：這項(xiàng)措施，我們每天都在進(jìn)行著，戴口罩，穿防靜電服。這種保護(hù)是雙向的，保護(hù)了電池，也保護(hù)了我們不被灰塵侵?jǐn)_。 
在洗手間，我們都配備了自動(dòng)干手機(jī)，洗完手之后，吹干再回車間。 
用濕布擦拭設(shè)備及清洗工作環(huán)境，這種方式，我們平常在普遍使用，當(dāng)然，對(duì)于我們工廠而言，這種方式就不允許了，因?yàn)槲覀兊漠a(chǎn)品怕水。所以，用濕布來(lái)除塵，當(dāng)然就有可能把整個(gè)干燥間的濕度水平降低下來(lái)了，因而引起產(chǎn)品的不良。雖然DMC和酒精等同樣可以用于清洗，但是DMC易于腐蝕塑料表面，而酒精也是我們產(chǎn)品所不能接觸的東西，因此，在30%干燥間，DMC可以用于擦拭金屬的零件，卻不能用于擦拭塑料的零件，塑料零件可以用防靜電液進(jìn)行擦拭。但是，在1%的注液間中，就只能用純DMC了。


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