鋰離子電池析鋰原因

鋰離子電池析鋰是鋰電行業(yè)中極其常見(jiàn)的一種異常現(xiàn)象，不同的析鋰狀態(tài)，往往也對(duì)應(yīng)著不同的原因，根據(jù)析鋰狀態(tài)分析原因，可以提高產(chǎn)品良品率。

從大方向來(lái)分類(lèi)的話，鋰離子電池析鋰原因分成五大類(lèi)：負(fù)極余量不夠造成的析鋰；充電機(jī)制造成的析鋰；嵌鋰路徑異常造成的析鋰；主材異常造成的析鋰；特殊原因造成的固定位置析鋰。下面分別針對(duì)上述五大類(lèi)原因，來(lái)對(duì)析鋰的具體原因進(jìn)行講解。

1、負(fù)極余量不夠造成的鋰離子電池析鋰

鋰離子在充電時(shí)從正極脫嵌之后，一定要有一個(gè)歸宿。一般而言，歸宿是嵌入到負(fù)極當(dāng)中，但是當(dāng)負(fù)極過(guò)量不夠、負(fù)極可嵌入鋰離子少于正極脫嵌的鋰離子時(shí)，鋰離子就只能在負(fù)極表面析出了。負(fù)極過(guò)量不夠，算得上是析鋰的最常見(jiàn)原因。

而根據(jù)負(fù)極過(guò)量不夠的位置，又可以細(xì)分成下面三組析鋰情況：

（1）常規(guī)負(fù)極過(guò)量不夠的析鋰

當(dāng)負(fù)極過(guò)量不足時(shí)，從正極脫嵌后來(lái)到負(fù)極的鋰離子沒(méi)有足夠的嵌入空間，因而只能形成金屬鋰單質(zhì)并析出在負(fù)極表面。由于負(fù)極過(guò)量不夠程度一般是均勻的、正極脫嵌的鋰離子也是均勻來(lái)到負(fù)極的，因此負(fù)極過(guò)量不夠造成的析鋰也都是均勻的一層，析鋰嚴(yán)重程度的大小與負(fù)極過(guò)量不夠的程度密切相關(guān)，過(guò)量不足程度越高則析鋰越嚴(yán)重。

（2）陰陽(yáng)面析鋰

當(dāng)一個(gè)電芯出現(xiàn)正極單面涂重或者負(fù)極單面涂輕時(shí)，就會(huì)造成這個(gè)電芯的負(fù)極兩面一側(cè)析鋰一側(cè)不析鋰，這也就是俗稱(chēng)的陰陽(yáng)面。陰陽(yáng)面電芯析鋰一側(cè)的界面與負(fù)極過(guò)量不足析鋰完全一致，而另外一側(cè)則是金黃色（石墨負(fù)極的話）。

（3）正極頭部涂布未削薄析鋰

如果在涂布時(shí)未對(duì)正極頭部進(jìn)行削薄，那么正極頭部位置的敷料就可能會(huì)偏厚，這樣對(duì)應(yīng)負(fù)極頭部就會(huì)出現(xiàn)過(guò)量不足的情況，從而造成負(fù)極頭部出現(xiàn)一段條狀的析鋰。

2、充電機(jī)不當(dāng)制造成的鋰離子電池析鋰

由于析鋰發(fā)生在充電階段，因而充電機(jī)制的變化也一定會(huì)是析鋰的原因之一。下面列出了幾種由于充電機(jī)制而造成析鋰情況：

（1）低溫充電析鋰

低溫充電析鋰的原因，是負(fù)極在低溫時(shí)的嵌鋰阻抗明顯大于正極脫鋰阻抗，雖然鋰離子可以在低溫下相對(duì)快速的從正極脫嵌，但是卻無(wú)法及時(shí)嵌入到負(fù)極當(dāng)中，從而引發(fā)析鋰。

（2）大倍率充電析鋰

常溫充電如果一味的增加充電倍率，負(fù)極也會(huì)由于無(wú)法快速完成嵌鋰而引發(fā)析鋰。在常規(guī)容量型設(shè)計(jì)下，電芯能經(jīng)受的最大充電倍率在1C~1.5C左右，如果產(chǎn)品在使用期間需要進(jìn)一步增加充電電流，那么就需要對(duì)極片和電解液采用特殊設(shè)計(jì)了。否則充電倍率越大，析鋰就會(huì)越嚴(yán)重。

（3）過(guò)充電析鋰

當(dāng)電池的充電電壓或充電容量大幅超過(guò)設(shè)計(jì)值時(shí)，就會(huì)有較多過(guò)量的鋰離子從正極脫嵌出來(lái)，而由于負(fù)極在設(shè)計(jì)時(shí)根本就沒(méi)有為這些多余的鋰離子預(yù)留空間，因此析鋰也就不可避免了。在過(guò)充電時(shí)，鋰離子從正極的脫嵌是均勻的、不會(huì)隨極片位置的變化而不同，因此過(guò)充電造成的析鋰也是均勻一層。

3、嵌鋰路徑異常造成的鋰離子電池析鋰

在鋰離子電池充電時(shí)，鋰離子從正極脫嵌后，途經(jīng)電解液然后嵌入到負(fù)極當(dāng)中。但是如果正負(fù)極界面接觸不好，就會(huì)造成鋰離子在負(fù)極表面析出。具體情況如下：

（1）隔膜打皺析鋰

當(dāng)隔膜由于自身質(zhì)量原因而出現(xiàn)打皺時(shí)，對(duì)應(yīng)位置的鋰離子從正極脫嵌后，就沒(méi)法均勻的嵌入負(fù)極，從而造成對(duì)應(yīng)位置的負(fù)極要么成未充分嵌鋰的褐色、要么產(chǎn)生與隔膜打皺方向一致的條紋狀析鋰。

（2）電芯變形析鋰

當(dāng)電芯厚度較大時(shí)易產(chǎn)生變形，當(dāng)變形比較嚴(yán)重時(shí)，就可能造成電芯變形位置對(duì)應(yīng)的極片接觸不良，從而產(chǎn)生上圖中條狀的嵌鋰不良區(qū)域，偶爾也會(huì)伴隨著析鋰。

（3）常規(guī)化成且化成前未熱冷壓析鋰

如果電芯厚度比較大，那么即使注液之后不熱冷壓直接進(jìn)行常規(guī)化成，界面也不會(huì)有太大問(wèn)題。但是對(duì)于一些厚度小于3mm的薄電芯而言，如果化成時(shí)本來(lái)就沒(méi)有上夾，且化成前又忘記了進(jìn)行熱冷壓或者夾具baking，那界面就會(huì)比較悲慘了。

由于薄電池界面間接觸難以緊密，因此如果化成前和化成時(shí)都沒(méi)有對(duì)其表面施加壓力的話，化成產(chǎn)氣就無(wú)法完全排出并影響界面接觸，進(jìn)而產(chǎn)生點(diǎn)狀嵌鋰不足及點(diǎn)狀析鋰。

（4）夾具化成未加壓力析鋰

由于夾具化成往往伴隨著大電流、高充電SOC，因而化成期間產(chǎn)氣的速度更快，化成后電池的界面也會(huì)有明顯的金黃色、對(duì)應(yīng)嵌鋰不足的位置看起來(lái)會(huì)更為明顯。不論是化成前沒(méi)有熱冷壓的薄電芯、還是本該夾具化成卻沒(méi)有加壓的電芯，只要在除氣前發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，那么重新進(jìn)行帶夾具的小電流放電和化成一次，是可以對(duì)界面有明顯改善的。

（5）嵌鋰路徑析鋰小結(jié)：

當(dāng)嵌鋰路徑發(fā)生異常時(shí)，電芯最明顯的界面異常是出現(xiàn)褐色的嵌鋰不充分區(qū)域，其次才是對(duì)應(yīng)位置的輕微析鋰。由于各家化成工藝、材料不盡相同，因此各位實(shí)際遇到的化成時(shí)界面接觸不良造成得析鋰現(xiàn)象，可能會(huì)與上面的圖示有一定差異。

4、主材異常造成的鋰離子電池析鋰

充電過(guò)程中，鋰離子的歸宿是透過(guò)SEI膜并最終嵌入負(fù)極，如果SEI膜或負(fù)極出現(xiàn)了問(wèn)題，造成鋰離子無(wú)法正常嵌入，那么結(jié)果就只能是析鋰了。

（1）負(fù)極壓死析鋰

當(dāng)負(fù)極片壓實(shí)超過(guò)其極限時(shí)，鋰離子來(lái)到負(fù)極后就會(huì)由于負(fù)極結(jié)構(gòu)被壓壞或沒(méi)有充足的嵌入空間而析出在負(fù)極表面。負(fù)極壓死造成的析鋰并不像化成接觸不好那樣的析鋰可以修復(fù)，且對(duì)電芯的容量、循環(huán)皆有致命影響。

（2）電解液少造成的析鋰

當(dāng)電池注液量比較少、或者注液后老化時(shí)間較短時(shí)，電解液將無(wú)法完全浸潤(rùn)負(fù)極，未充分浸潤(rùn)的位置，就會(huì)形成上圖所示的、干涸的未嵌鋰小黑斑，黑斑的周?chē)锌赡艹霈F(xiàn)輕微的析鋰。

（3）電解液不匹配的析鋰

這種原因造成的析鋰原理，文武目前也沒(méi)有完全搞明白，猜測(cè)可能是由于電解液和負(fù)極不匹配，造成SEI膜過(guò)厚或不均勻，然后阻礙了鋰離子的嵌入；或是電解液無(wú)法充分浸潤(rùn)到負(fù)極中，從而引發(fā)鋰離子嵌入困難。

（4）未化成直接分容造成析鋰

如果電芯沒(méi)有進(jìn)行小電流化成而直接就進(jìn)行了分容充電，那么SEI膜就無(wú)法有效形成，從而在充電過(guò)程中影響鋰離子嵌入負(fù)極并引發(fā)析鋰。對(duì)應(yīng)的析鋰圖片呈上圖所示的斑點(diǎn)狀。

（5）水含量超標(biāo)析鋰

微量的水分有助于SEI膜的形成，但是當(dāng)水含量超標(biāo)時(shí)，就會(huì)與電解液中的鋰鹽發(fā)生副反應(yīng)并破壞SEI膜成分，從而影響鋰離子嵌入負(fù)極并形成上圖中的不規(guī)則褐色區(qū)域，一些時(shí)候褐色區(qū)域也會(huì)發(fā)生析鋰。