鋰離子電池析鋰原因

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

從大方向來分類的話，鋰離子電池析鋰原因分成五大類：負極余量不夠造成的析鋰；充電機制造成的析鋰；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。下面分別針對上述五大類原因，來對析鋰的具體原因進行講解。

1、負極余量不夠造成的鋰離子電池析鋰

鋰離子在充電時從正極脫嵌之后，一定要有一個歸宿。一般而言，歸宿是嵌入到負極當中，但是當負極過量不夠、負極可嵌入鋰離子少于正極脫嵌的鋰離子時，鋰離子就只能在負極表面析出了。負極過量不夠，算得上是析鋰的最常見原因。

而根據(jù)負極過量不夠的位置，又可以細分成下面三組析鋰情況：

（1）常規(guī)負極過量不夠的析鋰

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

（2）陰陽面析鋰

當一個電芯出現(xiàn)正極單面涂重或者負極單面涂輕時，就會造成這個電芯的負極兩面一側(cè)析鋰一側(cè)不析鋰，這也就是俗稱的陰陽面。陰陽面電芯析鋰一側(cè)的界面與負極過量不足析鋰完全一致，而另外一側(cè)則是金黃色（石墨負極的話）。

（3）正極頭部涂布未削薄析鋰

如果在涂布時未對正極頭部進行削薄，那么正極頭部位置的敷料就可能會偏厚，這樣對應負極頭部就會出現(xiàn)過量不足的情況，從而造成負極頭部出現(xiàn)一段條狀的析鋰。

2、充電機不當制造成的鋰離子電池析鋰

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

（1）低溫充電析鋰

低溫充電析鋰的原因，是負極在低溫時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快速的從正極脫嵌，但是卻無法及時嵌入到負極當中，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，負極也會由于無法快速完成嵌鋰而引發(fā)析鋰。在常規(guī)容量型設計下，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一步增加充電電流，那么就需要對極片和電解液采用特殊設計了。否則充電倍率越大，析鋰就會越嚴重。

（3）過充電析鋰

當電池的充電電壓或充電容量大幅超過設計值時，就會有較多過量的鋰離子從正極脫嵌出來，而由于負極在設計時根本就沒有為這些多余的鋰離子預留空間，因此析鋰也就不可避免了。在過充電時，鋰離子從正極的脫嵌是均勻的、不會隨極片位置的變化而不同，因此過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，鋰離子從正極脫嵌后，途經(jīng)電解液然后嵌入到負極當中。但是如果正負極界面接觸不好，就會造成鋰離子在負極表面析出。具體情況如下：

（1）隔膜打皺析鋰

當隔膜由于自身質(zhì)量原因而出現(xiàn)打皺時，對應位置的鋰離子從正極脫嵌后，就沒法均勻的嵌入負極，從而造成對應位置的負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

當電芯厚度較大時易產(chǎn)生變形，當變形比較嚴重時，就可能造成電芯變形位置對應的極片接觸不良，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行常規(guī)化成，界面也不會有太大問題。但是對于一些厚度小于3mm的薄電芯而言，如果化成時本來就沒有上夾，且化成前又忘記了進行熱冷壓或者夾具baking，那界面就會比較悲慘了。

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都沒有對其表面施加壓力的話，化成產(chǎn)氣就無法完全排出并影響界面接觸，進而產(chǎn)生點狀嵌鋰不足及點狀析鋰。

（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有明顯的金黃色、對應嵌鋰不足的位置看起來會更為明顯。不論是化成前沒有熱冷壓的薄電芯、還是本該夾具化成卻沒有加壓的電芯，只要在除氣前發(fā)現(xiàn)問題，那么重新進行帶夾具的小電流放電和化成一次，是可以對界面有明顯改善的。

（5）嵌鋰路徑析鋰小結(jié)：

當嵌鋰路徑發(fā)生異常時，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，其次才是對應位置的輕微析鋰。由于各家化成工藝、材料不盡相同，因此各位實際遇到的化成時界面接觸不良造成得析鋰現(xiàn)象，可能會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

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

（1）負極壓死析鋰

當負極片壓實超過其極限時，鋰離子來到負極后就會由于負極結(jié)構(gòu)被壓壞或沒有充足的嵌入空間而析出在負極表面。負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，且對電芯的容量、循環(huán)皆有致命影響。

（2）電解液少造成的析鋰

當電池注液量比較少、或者注液后老化時間較短時，電解液將無法完全浸潤負極，未充分浸潤的位置，就會形成上圖所示的、干涸的未嵌鋰小黑斑，黑斑的周圍有可能出現(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，文武目前也沒有完全搞明白，猜測可能是由于電解液和負極不匹配，造成SEI膜過厚或不均勻，然后阻礙了鋰離子的嵌入；或是電解液無法充分浸潤到負極中，從而引發(fā)鋰離子嵌入困難。

（4）未化成直接分容造成析鋰

如果電芯沒有進行小電流化成而直接就進行了分容充電，那么SEI膜就無法有效形成，從而在充電過程中影響鋰離子嵌入負極并引發(fā)析鋰。對應的析鋰圖片呈上圖所示的斑點狀。

（5）水含量超標析鋰

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