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汽車應(yīng)急啟動(dòng)電源電池鼓包,汽車應(yīng)急電源鼓包原因分析

來(lái)源:m.zjsqmc.cn 作者:昂佳科技 點(diǎn)擊:發(fā)表時(shí)間:2019-04-15 17:45:55
汽車應(yīng)急啟動(dòng)電源,大家應(yīng)該都不陌生吧,還有很多老司機(jī)也稱之為汽車啟動(dòng)寶。汽車應(yīng)急啟動(dòng)電源工作原理也十分簡(jiǎn)單,就是在關(guān)鍵時(shí)刻,尤其是當(dāng)下冬季低溫環(huán)境下,能夠?yàn)閽佸^的汽車應(yīng)急啟動(dòng)。但是隨著使用時(shí)間的延長(zhǎng),汽車應(yīng)急啟動(dòng)電源存在鼓包、循環(huán)衰減加快的問題也日益嚴(yán)重。這是因?yàn)樵谄噾?yīng)急電源內(nèi)部,使用了鋰離子電池,鋰離子電池具有高壽命、容量高等特點(diǎn)被廣泛推廣使用,不過隨著使用時(shí)間延長(zhǎng),其存在鼓脹、安全性能不理想和循環(huán)衰減加快的問題也日益嚴(yán)重,引起了鋰電界深度的分析和抑制研究。
 
昂佳汽車應(yīng)急啟動(dòng)電源
 
汽車應(yīng)急啟動(dòng)電源鼓包的原因

一般我們將汽車應(yīng)急啟動(dòng)電源鼓包的原因分為兩類:一是內(nèi)置鋰電池極片的厚度變化導(dǎo)致的鼓包;二是由于電解液氧化分解產(chǎn)氣導(dǎo)致的鼓包。在不同的電池體系中,電池厚度變化的主導(dǎo)因素不同,如在鈦酸鋰負(fù)極體系電池中,鼓包的主要因素是氣鼓;在石墨負(fù)極體系中,極片厚度和產(chǎn)氣對(duì)電池的鼓包均起到促進(jìn)作用。
 
一、鋰電池電極極片厚度變化
 
在鋰電池使用過程中,電極極片厚度會(huì)發(fā)生一定的厚度變化,尤其是石墨負(fù)極。據(jù)數(shù)據(jù)顯示,鋰電池經(jīng)過高溫存儲(chǔ)和循環(huán),容易發(fā)生鼓脹,厚度增長(zhǎng)率約6%~20%,其中正極膨脹率僅為4%,負(fù)極膨脹率在20%以上。
 
鋰電池極片厚度變大導(dǎo)致的鼓脹根本原因是受石墨的本質(zhì)影響,負(fù)極石墨在嵌鋰時(shí)形成LiCx(LiC24、LiC12和LiC6等),晶格間距變化,導(dǎo)致形成微觀內(nèi)應(yīng)力,使負(fù)極產(chǎn)生膨脹。下圖是石墨負(fù)極極片在放置、充放電過程中的結(jié)構(gòu)變化示意圖。
 
汽車應(yīng)急啟動(dòng)電源鼓包示意圖
 
 
石墨負(fù)極的膨脹主要是嵌鋰后產(chǎn)生不可恢復(fù)膨脹導(dǎo)致的。這部分膨脹主要與顆粒尺寸、粘接劑劑及極片的結(jié)構(gòu)有關(guān)。
 
負(fù)極的膨脹造成卷芯變形,使電極與隔膜間形成空洞,負(fù)極顆粒形成微裂紋,固體電解質(zhì)相界面(SEI)膜發(fā)生破裂與重組,消耗電解液,使循環(huán)性能變差。影響負(fù)極極片變厚的因素有很多,粘接劑的性質(zhì)和極片的結(jié)構(gòu)參數(shù)是最重要的兩個(gè)。
 
石墨負(fù)極常用的粘接劑是SBR,不同的粘接劑彈性模量、機(jī)械強(qiáng)度不同,對(duì)極片的厚度影響也不同。極片涂布完成后的軋制力也影響負(fù)極極片在電池使用中的厚度。在相同的應(yīng)力下,粘接劑彈性模量越大,極片物理擱置反彈越??;充電時(shí),由于Li+嵌入,使石墨晶格膨脹;
 
同時(shí),因負(fù)極顆粒及SBR的形變,內(nèi)應(yīng)力完全釋放,使負(fù)極膨脹率急劇升高,SBR處于塑性變形階段。這部分膨脹率與SBR的彈性模量和斷裂強(qiáng)度有關(guān),導(dǎo)致SBR的彈性模量和斷裂強(qiáng)度越大,造成不可逆的膨脹越小。
 
當(dāng)SBR的添加量不一致時(shí),極片輥壓時(shí)受到的壓力就不同,壓力不同使極片產(chǎn)生的殘余應(yīng)力存在一定差別,壓力越大殘余應(yīng)力越大,導(dǎo)致前期物理擱置膨脹、滿電態(tài)及空電態(tài)膨脹率增大;SBR含量越少,輥壓時(shí)所受壓力越小,前期的物理擱置、滿電態(tài)和空電態(tài)的膨脹率就越??;負(fù)極膨脹使得卷芯變形,影響負(fù)極嵌鋰程度和Li+擴(kuò)散速率,進(jìn)而對(duì)電池循環(huán)性能產(chǎn)生嚴(yán)重影響。
 
二、鋰電池內(nèi)部產(chǎn)氣引起的鼓包
 
鋰離子電池內(nèi)部產(chǎn)氣是導(dǎo)致汽車應(yīng)急啟動(dòng)電源鼓包的另一重要原因,無(wú)論是電池在常溫循環(huán)、高溫循環(huán)、高溫?cái)R置時(shí),其均會(huì)有不同程度的鼓脹產(chǎn)氣。據(jù)目前研究結(jié)果顯示,引起電芯脹氣的本質(zhì)是電解液發(fā)生分解所致。
 
 
昂佳汽車應(yīng)急啟動(dòng)電源內(nèi)部圖
 
電解液分解有兩種情況,一個(gè)是電解液有雜質(zhì),比如水分和金屬雜質(zhì)使電解液分解產(chǎn)氣,另一個(gè)是電解液的電化學(xué)窗口太低,造成了充電過程中的分解,電解液中的EC、DEC等溶劑在得到電子后,均會(huì)產(chǎn)生自由基,自由基反應(yīng)的直接后果就是產(chǎn)生低沸點(diǎn)的烴類、酯類、醚類和CO2等。
 
在鋰電池組裝完成后,預(yù)化成過程中會(huì)產(chǎn)生少量氣體,這些氣體是不可避免的,也是所謂的電芯不可逆容量損失來(lái)源。在首次充放電過程中,電子由外電路到達(dá)負(fù)極后會(huì)與負(fù)極表面的電解液發(fā)生氧化還原反應(yīng),生成氣體。在此過程中,在石墨負(fù)極表面形成SEI,隨著SEI厚度增加,電子無(wú)法穿透抑制了電解液的持續(xù)氧化分解。
 
在電池使用過程中,內(nèi)部產(chǎn)氣量會(huì)逐漸增多,其原因還是因?yàn)殡娊庖褐写嬖陔s質(zhì)或電池內(nèi)水分超標(biāo)導(dǎo)致的。電解液存在雜質(zhì)需要認(rèn)真排除,水分控制不嚴(yán)可能是電解液本身、電池封裝不嚴(yán)引進(jìn)水分、角位破損引起的,另外電池的過充過放濫用、內(nèi)部短路等也會(huì)加速電池的產(chǎn)氣速度,造成電池失效。
 
在不同體系中,電池鼓包程度不同。在石墨負(fù)極體系電池中,產(chǎn)氣鼓包的原因主要還是如上所述的SEI膜生成、電芯內(nèi)水分超標(biāo)、化成流程異常、封裝不良等,而在鈦酸鋰負(fù)極體系中,電池脹氣比石墨/NCM電池體系要嚴(yán)重的多,除了電解液中雜質(zhì)、水分及工藝外,其另一不同于石墨負(fù)極的原因是鈦酸鋰無(wú)法像石墨負(fù)極體系電池一樣,在其表面形成SEI膜,抑制其與電解液的反應(yīng)。
 
當(dāng)把鈦酸鋰單獨(dú)浸泡于電解液中時(shí),只有CO2產(chǎn)生,其與NCM材料制備成電池后,產(chǎn)生的氣體包括H2、CO2、CO以及少量氣態(tài)碳?xì)浠衔?,并且作成電池后,只有在循環(huán)充放電時(shí),才會(huì)產(chǎn)生H2,同時(shí)產(chǎn)生的氣體中,H2的含量超過50%。這表明在充放電過程中將產(chǎn)生H2和CO氣體。

汽車應(yīng)急啟動(dòng)電源鼓包解決
 
目前汽車應(yīng)急啟動(dòng)電源鼓包的解決方案主要有三種,第一、LTO負(fù)極材料的加工改性,包括改進(jìn)制備方法和表面改性等;第二、開發(fā)與LTO負(fù)極相匹配的電解液,包括添加劑、溶劑體系;第三、提高電池的工藝技術(shù)。只要掌握了以上方法,汽車應(yīng)急啟動(dòng)電源鼓包幾率會(huì)有所降低。

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