低电压是锂电池生产制造中化成工序的常见不良。锂电池低电压对电池性能有非常严重的影响,产线上发生低电压不良可以从下面几个方面去分析。
一、化成工序低电压不良的原因分析
1.预化成阶段不足:
杂质残留:预化成截止电压不足时,无法有效去除电极中的水分、金属微粒等杂质,残留的杂质会消耗活性锂,导致首次库伦效率降低,电压平台下降。
SEI膜缺陷:若预化成电压未达到电解液添加剂的反应电位,SEI膜的形成路径被干扰,导致膜结构疏松或致密性不足,增加锂离子传输阻抗。
2.充电截止电压设置不当:
闭口充电电压过高:导致过充时正极活性物质过度脱锂,负极析锂形成枝晶,甚至刺穿隔膜引发内短路,电压急剧下降。
充电电压不足:如磷酸铁锂电池未达到3.65V时,未充分激活负极石墨嵌锂反应,导致正极活性物质利用率低,放电容量不足。
3.金属异物或界面接触异常:
金属杂质引入:正极或隔膜间混入金属粉尘等异物(如铜颗粒),导致内部微短路,直接拉低电压。
电极接触不良:化成过程中产气未及时排出,隔膜与极片接触不均匀,局部极化增大,形成锂化合物沉积(白斑)。
4.工艺参数失控:
温度异常:高温加速电解液分解,生成过多CO等气体,影响极片浸润;低温导致电解液去溶剂化困难,锂离子嵌入不充分。
压力缺失:未施加夹具压力时,产气堆积增加锂离子传输距离,阻抗升高,容量降低。
二、低电压不良对电芯的影响
1.循环性能劣化:
SEI膜不稳定或锂枝晶生长会导致电池内阻增加,充放电末端极化加剧,循环后容量保持率显著下降(如4.0V截止电压电池800次循环后容量保持率仅为88.6%)。
2.安全风险:
负极锂枝晶可能刺穿隔膜造成内短路,引发热失控;正极分解产生的氧气加速电解液分解,催化产气反应,导致电池鼓胀甚至爆炸。
3.自放电加剧:
SEI膜缺陷或金属杂质存在时,负极与电解液副反应持续消耗锂,电池静置电压加速衰减(如放电截止电压<1.5V时温升速率达20°C/s,电压归零)。
4.成本增加:
低电压不良品需返工或报废,延长化成时间(如高温化成工步①在80°C时需40min才能充至3.7V),增加能耗与生产成本。
参考资料:1.化成工艺对锂离子电池性能的影响,王玲玲2.锂离子电池高温化成工艺研究,魏文飞-End-
原文标题 : 锂电池化成工序电池出现低电压不良的原因分析及其对电芯的影响