锂离子电池为什么鼓胀

一、电极极片厚度改变

在锂离子电池运用进程中，电极极片厚度会产生必定的厚度改变，尤其是石墨负极。据现有数据，锂离子电池通过高温存储和循环，容易产生鼓胀，厚度上升率约6%~20%，其中正极胀大率仅为4%，负极胀大率在20%以上。

锂离子电池极片厚度变大导致的鼓胀底子原由是受石墨的实质影响，负极石墨在嵌锂时构成LiCx(LiC24、LiC12和LiC6等)，晶格间距改变，导致构成微观内应力，使负极呈现胀大。下图是石墨负极极片在放置、充放电进程中的结构改变示意图。

石墨负极的胀大重要是嵌锂后呈现不可恢复胀大导致的。这部分胀大重要与颗粒尺寸、粘接剂剂及极片的结构有关。

负极的胀大构成卷芯变形，使电极与隔阂间构成空泛，负极颗粒构成微裂纹，固体电解质相界面(SEI)膜产生破碎与重组，消耗电解液，使循环功用变差。影响负极极片变厚的要素有很多，粘接剂的性质和极片的结构参数是最重要的两个。

石墨负极常用的粘接剂是SbR，不同的粘接剂弹性模量、机械强度不同，对极片的厚度影响也不同。极片涂布完成后的轧制力也影响负极极片在电池运用中的厚度。在相同的应力下，粘接剂弹性模量越大，极片物理放置反弹越小；充电时，因为Li+嵌入，使石墨晶格胀大；

一起，因负极颗粒及SbR的形变，内应力彻底开释，使负极胀大率急剧升高，SbR处于塑性变形阶段。这部分胀大率与SbR的弹性模量和断裂强度有关，导致SbR的弹性模量和断裂强度越大，构成不可逆的胀大越小。

当SbR的增加量不一致时，极片辊压时遭到的压力就不同，压力不同使极片呈现的剩余应力存在必定差别，压力越大剩余应力越大，导致前期物理放置胀大、满电态及空电态胀大率增大；SbR含量越少，辊压时所受压力越小，前期的物理放置、满电态和空电态的胀大率就越小；负极胀大使得卷芯变形，影响负极嵌锂程度和Li+分散速率，进而对电池循环功用呈现严峻影响。

二、电池产气引起的鼓胀

电池内部产气是导致电池鼓胀的另一重要原由，无论是电池在常温循环、高温循环、高温放置时，其均会呈现不同程度的鼓胀产气。据现在研究结果显示，引起电芯胀气的实质是电解液产生剖析所致。

电解液剖析有两种情况，一个是电解液有杂质，比如水分和金属杂质使电解液剖析产气，另一个是电解液的电化学窗口太低，构成了充电进程中的剖析，电解液中的EC、DEC等溶剂在得到电子后，均会呈现自由基，自由基反响的垂直后果便是呈现低沸点的烃类、酯类、醚类和CO2等。

在锂离子电池包装完成后，预化成进程中会呈现少量气体，这些气体是不可警戒的，也是所谓的电芯不可逆容量丢失来历。在首次充放电进程中，电子由外电路抵达负极后会与负极外表的电解液产生氧化复原反响，生成气体。在此进程中，在石墨负极外表构成SEI，随着SEI厚度新增，电子无法穿透按捺了电解液的持续氧化剖析。

在电池运用进程中，内部产气量会逐渐增多，其原由还是因为电解液中存在杂质或电池内水分超支导致的。电解液存在杂质要仔细排除，水分控制不严可能是电解液本身、电池封装不严引进水分、角位破损引起的，别的电池的过充过放滥用、内部短路等也会加快电池的产气速度，构成电池失效。

在不同系统中，电池产鼓胀程度不同。在石墨负极系统电池中，产气鼓胀的原由重要还是如上所述的SEI膜生成、电芯内水分超支、化成流程反常、封装不良等，而在钛酸锂负极系统中，电池胀气比石墨/NCM电池系统要严峻的多，除了电解液中杂质、水分及工艺外，其另一不同于石墨负极的原由是钛酸锂无法像石墨负极系统电池相同，在其外表构成SEI膜，按捺其与电解液的反响。

在充放电进程中电解液始终与Li4Ti5O12外表垂直触摸，然后构成电在Li4Ti5O12资料外表持续复原剖析，这可能是导致Li4Ti5O12电池胀气的底子原由。气体的重要组分是H2、CO2、CO、CH4、C2H6、C2H4、C3H8等。

当把钛酸锂单独浸泡于电解液中时，惟有CO2呈现，其与NCM资料制备成电池后，呈现的气体包含H2、CO2、CO以及少量气态碳氢化合物，并且作成电池后，惟有在循环充放电时，才会呈现H2，一起呈现的气体中，H2的含量超过50%。这声明在充放电进程中将呈现H2和CO气体。

1、封装不良，由封装不良所引起胀气电池芯的比例现已大大地下降。前面现已解析了引起Topsealing、Sidesealing和Degassing三边封装不良的原由，任何一边封装不良都会导致电池芯，表现以Topsealing和Degassing居多，Topsealing重要是Tab位密封不良，Degassing重要是分层（包含受电解液和凝胶影响导致PP与Al脱离）。封装不良引起空气中水分进入电池芯内部，引起电解液剖析呈现气体等。

2、Pocket外表破损，电池芯在流拉进程中，遭到反常损坏或人为破环导致Pocket破损（如针孔）而使水分进入电池芯内部。

3、角位破损，因为折边角位铝的特殊变形，气袋晃动会扭曲角位导致Al破损（电池芯越大，气袋越大，越易破损），失去对水的阻隔用途。可以在角位加皱纹胶或热熔胶缓解。并且在顶封后的各工序禁止拿气袋移动电池芯，更要留意操作方法警戒老化板上电芯池的摆动。

4、电池芯内部水含量超支，前面咱们现已解析过对电池芯内水含量有必定的要求，一旦水含量超支，电解液会失效在化成或Degassing后呈现气体。构成电池内部水含量超支的原由重要有：电解液水含量超支，baking后裸电芯水含量超支，乾燥房湿度超支。若置疑水含量超支导致胀气，可进行工序的追溯查看。

5、化成流程反常，错误的化成流程会导致电池芯产生胀气。

6、SEI膜不稳定，电池芯在容量探测充放电进程中发射功用细微胀气。

7、过充、过放，因为流程或机器或保护板的反常，使电池芯被过充或过度放电，电池芯会产生严峻鼓气。

8、短路，因为操作失误导致带电电芯两Tab触摸产生短路，电池芯会产生鼓气一起电压迅速下降，Tab会被烧黑。

9、内部短路，电池芯内部阴阳极短路导致电芯迅速放电发热一起严峻鼓气。内部短路的原由有很多种：规划问题；隔离膜缩短、捲曲、破损；bi-cell错位；毛刺刺穿隔离膜；夹具压力过大；烫边机过度挤压等。例如曾经因为宽度缺乏，烫边机过度挤压电芯实体导致阴阳极短路胀气。