淺論水分在鋰電池內部的作用及影響

淺論水分在鋰電池內部的作用及影響,固體電解質界面(Solid-ElectrolyteInterface，簡稱SEI)膜是一層選擇性透過膜，能使Li+自由透過，而電解液分子不能透過。電解液的組成和痕量的添加劑對SEI膜形成的電位、致密程度、電池不可逆容量損失、電池內阻等有顯著的影響。水作為電解液中一種痕量組分，對鋰離子電池SEI膜的形成和電池性能有一定的影響。主要表現為電池容量變小，放電時間變短，內阻增大，循環容量衰減，電池膨脹等現象，因此，在鋰離子電池的制作過程中，必須嚴格控制環境的濕度和正負極材料、電解液的含水量。

 

水分對放電容量的影響：

電池放電容量隨電池中水分的增加而減小。在鋰源恒定的條件下，電池放電容量的變化主要由2個主要因素制約。

1、SEI膜的形成消耗部分Li十，造成不可逆容量損失，單電子還原過程生成的烷基碳酸鋰還可以與電解液中的痕量水發生反應，2ROC02Li+H2O→LieC03+C02+2ROH，當生成C02后，在低電位下的負極表面，有新的化學反應發生2C02+2Li++2e→LieC03+CO。

2、SEI膜形成以后，在仍然有H2O存在的條件下，H2O會促使電解液中LiPF6的分解，使電池放電時間縮短，LiPF6→LiF+PFs，PFs+H2O→POF3+2HF。

 

水分對鋰電池內阻的影響：

隨著電池水分的增加，內阻呈上升的趨勢。產生電池內阻差異的主要因素有如下2個方面。

1、SEI膜的差異導致電池內阻的差異。在電解液溶劑體系中，痕量的水能夠形成以Li2CO3為主、穩定性好、均勻致密的SEI膜，其內阻較小。

2、水分含量多于體系形成SEI膜的所需含量時，在SEI膜表面生成POF3和LiF沉淀，導致電池內阻增加。

 

水分對電池循環容量衰減的影響：

電池容量衰減隨水分含量增加而逐漸減小。這與SEI膜的致密程度和均勻性有關。當SEI膜均勻致密時，電解液溶劑不易嵌人到負極中，占據Li十嵌人空位，因此容量衰減很少。與此相反，當SEI膜的局部不致密、不均勻時，Li十嵌人空位被電解液溶劑占據相對較容易。LieC03是形成均勻致密SEI膜主要的組分，電解液溶劑體系中，當水分含量過量時，會導致SEI膜的局部不致密、不均勻，因此容量衰減增加。

電池會膨脹主要是因為SEI膜生成后水的存在使LiPF6分解生成HF氣體。