鋰離子動(dòng)力電池鋁殼殼體電位研究

蔡曉利 郭毓優(yōu)

（中航鋰電（洛陽）有限公司，河南洛陽 471003）

鋰離子動(dòng)力電池鋁殼殼體電位研究

蔡曉利 郭毓優(yōu)

（中航鋰電（洛陽）有限公司，河南洛陽 471003）

分析影響鋰離子動(dòng)力電池外殼電位的影響因素，結(jié)果表明：殼體表面殘留的電解液，電芯外層隔膜破損，極耳包膠不完整均會(huì)影響殼體電位；正極對(duì)殼體電位超過1V，會(huì)導(dǎo)致殼體腐蝕的發(fā)生。為避免殼體發(fā)生腐蝕，通常采用的方法有對(duì)電芯外部增加絕緣保護(hù)袋，在鋁殼內(nèi)部增加絕緣保護(hù)涂層，對(duì)極耳進(jìn)行絕緣膠紙全覆蓋。

鋰離子動(dòng)力電池；鋁殼電位；腐蝕

由于環(huán)境污染嚴(yán)重以及石油能源的危機(jī)，鋰離子電池以其高的能量密度、環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)，得到重點(diǎn)關(guān)注。其中鋁殼鋰離子電池，由于鋁來源廣且價(jià)格相對(duì)較低，質(zhì)輕、具有延展性、易加工、重量比能量高等優(yōu)點(diǎn)被廣泛應(yīng)用。為了防止殼體腐蝕，目前采用的是正極和蓋板導(dǎo)通的方法，以降低正極對(duì)殼體的電位，理論上正極和殼體導(dǎo)通后正極與殼體間的電壓應(yīng)為0V，但實(shí)際生產(chǎn)過程中出現(xiàn)了正極和殼體間電壓大于0V的電池，現(xiàn)對(duì)這部分電池進(jìn)行研究，分析其異常原因，并制定糾正措施。

1 電池的制備

正極材料磷酸鐵鋰與導(dǎo)電石墨、PVDF和NMP溶劑混合，攪拌成正極漿料，漿料涂布在鋁箔上，通過輥壓，制片得到正極片；負(fù)極石墨與導(dǎo)電石墨，粘結(jié)劑與去離子水混合，攪拌成負(fù)極漿料，漿料涂布在銅箔上，通過輥壓，制片得到負(fù)極片；在疊片機(jī)上，將正、負(fù)極片與隔膜通過疊片的方式制成電芯，再通過電芯裝配將電芯放入鋁殼中，激光封口后，注液形成電池。電池化成之后，進(jìn)行容量測(cè)試，容量測(cè)試最后工步將電池荷電狀態(tài)調(diào)整為30%SOC，對(duì)應(yīng)的電池電壓為3.285～3.305V；定容工步完成之后測(cè)試正極對(duì)殼體電壓。

2 結(jié)果與討論

2.1 殼體電壓的形成

圖1為電池電壓與正負(fù)極對(duì)殼體電壓之和的對(duì)比。對(duì)正負(fù)極間電壓以及正極對(duì)殼體電壓、負(fù)極對(duì)殼體電壓分別進(jìn)行測(cè)試，正極參比殼體與負(fù)極參比殼體之和基本上與電池電壓相一致。表1為所測(cè)6 000支電池中，正極與殼體電壓的分布情況。其中，正極與殼體電壓0.001～1.0V的占比0.9%，大于1V的占比0.1%；正極與殼體電壓大于1V則會(huì)發(fā)生殼體內(nèi)部的腐蝕［1］，即發(fā)生電池內(nèi)部腐蝕的比例為0.1%。

圖1 電池電壓與正負(fù)極對(duì)殼體電壓之和的對(duì)比

表1 正極與殼體電壓的分布

2.2 鋁殼表面電解液對(duì)正極與殼體間電位

表2為將新的蓋板放入電解液中浸泡48h之后，放在空氣中靜置12h，測(cè)試正負(fù)極和蓋板間電壓數(shù)據(jù)。從表2可以看出，將電池放在電解液中浸泡2d正極和蓋板間形成了電壓。

表2 電解液浸泡后正負(fù)極對(duì)蓋板電壓

圖2 酒精浸泡前后正極對(duì)殼體電壓變化

為了進(jìn)一步驗(yàn)證電池表面的電解液會(huì)影響正極對(duì)殼體電位，抽取10支正極對(duì)殼體電位不同的電池，電池正極使用酒精浸泡清洗24h，之后放置到空氣中24h后測(cè)試正極對(duì)殼體電壓的變化，結(jié)果見圖2。由圖2可知，使用酒精浸泡極柱后，正極對(duì)殼體電壓都呈下降趨勢(shì)，說明電池表面由于電解液參與的副反應(yīng)會(huì)影響正極和殼體電壓；待電池表面的酒精干燥后放置12h，正極對(duì)殼體電壓有所上升，但仍低于原電壓值。

2.3 電池拆解

表3為殼體腐蝕的電池，拆解時(shí)正負(fù)極對(duì)殼體電壓的情況，正極對(duì)殼體電壓均大于1V；殼體腐蝕樣品A拆解情況，發(fā)現(xiàn)電芯表面外層隔膜有破損，電芯最外層負(fù)極片直接與殼體接觸，導(dǎo)致正極與殼體電壓增高，發(fā)生腐蝕；殼體腐蝕樣品B拆解情況，發(fā)現(xiàn)極耳包膠不完整，負(fù)極耳與殼體接觸，導(dǎo)致殼體與負(fù)極等電位，在充放電過程中或者存儲(chǔ)過程中，鋰離子通過電解液可能會(huì)優(yōu)先嵌入鋁殼中，產(chǎn)生嵌鋰的鋁化合物進(jìn)而發(fā)生腐蝕；腐蝕點(diǎn)鋁殼內(nèi)部呈灰色，主要成分是Li2O3和鋁鹽［2］。

表3 拆解樣品殼體電壓

為了防止外層隔膜破損，負(fù)極片與殼體接觸，提高正極和殼體間電位引起腐蝕，在電芯外側(cè)增加絕緣袋，保護(hù)電芯隔膜。為了防止負(fù)極極耳與殼體接觸，導(dǎo)致負(fù)極殼體相導(dǎo)通，降低殼體電位，造成腐蝕，對(duì)極耳實(shí)用絕緣膠紙全覆蓋。

3 結(jié)論

對(duì)影響鋁殼體電位的因素進(jìn)行分析，殼體表面殘留的電解液，電芯外層隔膜破損，極耳包膠不完整均會(huì)影響殼體電位；為了避免腐蝕的發(fā)生，需要降低正極和殼體間電壓，通過歐姆電阻導(dǎo)通正極和殼體，并避免負(fù)極和殼體的直接接觸，對(duì)電芯外部增加絕緣保護(hù)膜，在鋁殼內(nèi)表面增加絕緣涂層，對(duì)極耳進(jìn)行絕緣膠紙全覆蓋，可有效避免電芯和殼體的接觸，避免電池發(fā)生腐蝕。

［1］張娜，李楊.鋰離子動(dòng)力電池鋁外殼的腐蝕［J］.腐蝕與防護(hù)，2015（4）：351-365.

［2］張智賢，陰育新.鋁殼鋰離子電池殼體腐蝕的研究［J］.天津科技，2016（5）：74-76.

Study on the Potential of Aluminum Can of Lithium Ion PowerBattery

Cai XiaoliGuo Yuyou
（China Aviation Lithium Battery Co.Ltd.,Luoyang Henan 471003）

The influence factors of the potential of aluminum can of lithium ion oower battery was analyzed,the re?sults showed that:the residual electrolyte on aluminum cans,the damage of the cell’s outer separator,the incomplete?ness of the tapes on tab,all these factors influenced the potential of aluminum can;The potential difference between the positive electrode and aluminum cans going over 1V would cause the corrosion of aluminum cans.In order to avoid such problems,it is often advisable to increase insulation bags out of cells,to increase insulation coating layers on the inner surface of aluminum cans,or to tally cover tabs by insulation tapes.

lithium ion powerbattery；the potential of aluminum can；corrosion

TM912

A

1003-5168（2016）12-0142-02

2016-11-24

蔡曉利（1987-），女，本科，助理工程師，研究方向：鋰電池工藝技術(shù)。