淺論水分在鋰電池內部的作用及影響

淺論水分在鋰電池內部的作用及影響,固體電解質(zhì)界面(Solid-ElectrolyteInterface，簡(jiǎn)稱(chēng)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SEI膜形成的電位、致密程度、電池不可逆容量損失、電池內阻等有顯著(zhù)的影響。水作為電解液中一種痕量組分，對鋰離子電池SEI膜的形成和電池性能有一定的影響。主要表現為電池容量變小，放電時(shí)間變短，內阻增大，循環(huán)容量衰減，電池膨脹等現象，因此，在鋰離子電池的制作過(guò)程中，必須嚴格控制環(huán)境的濕度和正負極材料、電解液的含水量。

 

水分對放電容量的影響：

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，2ROC02Li+H2O→LieC03+C02+2ROH，當生成C02后，在低電位下的負極表面，有新的化學(xué)反應發(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。

 

水分對鋰電池內阻的影響：

隨著(zhù)電池水分的增加，內阻呈上升的趨勢。產(chǎn)生電池內阻差異的主要因素有如下2個(gè)方面。

1、SEI膜的差異導致電池內阻的差異。在電解液溶劑體系中，痕量的水能夠形成以L(fǎng)i2CO3為主、穩定性好、均勻致密的SEI膜，其內阻較小。

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，導致電池內阻增加。

 

水分對電池循環(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SEI膜均勻致密時(shí)，電解液溶劑不易嵌人到負極中，占據Li十嵌人空位，因此容量衰減很少。與此相反，當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相對較容易。LieC03是形成均勻致密SEI膜主要的組分，電解液溶劑體系中，當水分含量過(guò)量時(shí)，會(huì )導致SEI膜的局部不致密、不均勻，因此容量衰減增加。

電池會(huì )膨脹主要是因為SEI膜生成后水的存在使LiPF6分解生成HF氣體。