鉅大LARGE | 點擊量：661次 | 2023年05月16日
一文看懂充電鋰電池鼓包原因
鋰離子電池包的基本結構解析：
鋰離子電池重要材料構成：正極材料、負極材料、電解液、隔膜（隔離材料）
電池簡易結構
正極
從電池重量構成上來看，正極材料占有較大比例（一般在70%~80%）,因為正極材料的性能直接影響著鋰離子電池的性能，其成本也直接決定電池成本高低。正極材料占鋰離子電池成本30%~40%，也直接影響鋰離子電池包的能量密度和性能。
符合Exic IIB T4 Gc防爆標準
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
負極
負極材料是由相關于正極電勢更低的材料構成，并具有高比容量和較好的充放電可逆性，從而在嵌鋰的過程中保持良好的尺寸和機械穩定性（不發生嚴重變形）。負極材料重要影響鋰離子電池的效率、循環性能等，負極材料的性能也直接影響鋰離子電池的性能，負極材料占鋰離子電池總成本10~20%左右。負極材料種類上，包括碳系負極、非碳性負極。
電解液
電解液在正極和負極之間起到運輸電荷的用途（類似和無線電中的載波），具有較高的離子電導率，一般應達到1x10-3~2x10-2S/cm。它影響著鋰離子電池包的能量密度、寬溫應用、循環壽命、功率密度、安全性能等因素。
隔膜
隔膜有一定的孔徑和孔隙率，保證低的電阻和高的離子電導率，對鋰離子有很好的透過性，對電解液的浸潤性好并具有足夠的吸液保濕能力，保持離子導電性，同時具有電子絕緣性，保證正負極的機械隔離，此外應有足夠的穿刺強度、拉伸強度等力學性能及耐電解液腐蝕性和足夠的電化學穩定性。動力鋰電池對隔膜的要求更高，通常采用復合膜。
鋰離子電池工作原理：
鋰離子電池是一種充電電池，重要依靠鋰離子在正極和負極之間的往返嵌入和脫嵌來工作，實現能量的存儲和釋放。
1、充電過程
在電場的驅動下鋰離子從正極晶格中脫出，經過電解質，嵌入到負極晶格中。
電壓低于3V，要先進行預充電，充電電流為設定電流的1/10，電壓升到3V后，進入標準充電過程。標準充電過程為：以設定電流進行恒流充電，電池電壓升到4.20V時，改為恒壓充電，保持充電電壓為4.20V。此時，充電電流逐漸下降，當電流下降至設定充電電流的1/10時，充電結束。這是一般的鋰離子電池充電的一個過程，假如鋰離子電池存在于智能設備中，它的充電模式將會受到智能設備軟件的控制。
2、放電過程
放電過程正好和充電過程相反，鋰離子在電場用途下返回正極，電子通過外電路到達正極和鋰離子復合。電池放電，此時負極上的電子e從通過外部電路跑到正極上，正鋰離子Li+從負極"跳進"電解液里，"爬過"隔膜上彎彎曲曲的小洞，"游泳"到達正極，和早就跑過來的電子結合在一起。
通過了解鋰離子電池的充放電過程，我們可以從微觀上理解，電池的容量其實就是電池所包含電荷的量。電流越大，放電速度越快，電池使用的時間就越短。
為何電池在正常使用或者長時間不使用會出現鼓包的現象呢？
在充放電的過程中出現鼓包的現象有兩種：
一．過充導致的鼓包
過度充電會導致正極材料里的鋰原子全部跑到負極材料里面，導致正極原本飽滿的柵格發生變形垮塌，這也是鋰離子電池電量下降的一個重要原因。在這個過程中，負極的鋰離子越來越多，過度堆積使得鋰原子長出樹樁結晶，使得電池發生鼓脹。
二．過放導致的鼓包
在液態鋰離子電池首次充放電過程中，電極材料和電解液在固液相界面上發生反應，形成一層覆蓋于電極材料表面的鈍化層。形成的鈍化層膜能有效地阻止電解液分子的通過，但Li+卻可以經過該鈍化層自由地嵌入和脫出，具有固體電解質的特點，因此這層鈍化膜被稱為"固體電解質界面膜"(solidelectrolyteinterface)，簡稱SEI。SEI膜對負極材料會出現保護用途，使材料結構不容易崩塌，并且可以新增電極材料的循環壽命。SEI膜并非一成不變，在充放電過程中會有少許的變化，重要是部分有機物會發生可逆的變化。電池過度放電后使得SEI膜發生可逆性破環，保護負極材料的SEI破壞后使得負極材料崩塌，從而形成鼓包現象。
