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鋰電池電解質(zhì)衰降原理

2022-10-18

鋰電池

如果沒有副反應(yīng)的鋰電池電解液，鋰離子電池可以實(shí)現(xiàn)無限循環(huán)。然而，由于常規(guī)碳酸酯電解液不穩(wěn)定的表面上的正電極和負(fù)電極，電解質(zhì)的分解表面上的正電極和負(fù)電極在使用過程中，導(dǎo)致電池容量持續(xù)下降。

研究較多的分解反響電解質(zhì)表面上的正電極和負(fù)電極，但大部分的測試實(shí)驗(yàn)室條件下進(jìn)行。重復(fù)充電和放電的電池與固定周期系統(tǒng)引起的衰減的電池，然后分析了衰減機(jī)制的電池；然而，在實(shí)際使用中，其工作狀態(tài)的鋰離子電池要復(fù)雜得多，例如短期快速加速，快速充電，長期擱置等原因引起電解質(zhì)的分解。

鋰電池電解質(zhì)衰減包含DMC、EMC等溶劑組分。這兩種溶劑將發(fā)生酯交換反應(yīng)，這也是為什么我們發(fā)現(xiàn)有少量DEC在大多數(shù)電解質(zhì) (0.3-1.3%)。

LiPF6電解液也將發(fā)生分解反應(yīng)。通常，我們認(rèn)為，所分解的鋰鹽主要是由于電解質(zhì)含有微量水分。一般來說，含水率在電解液商業(yè)化鋰離子電池低于20mg/L，但含水量電池拆卸從電動汽車遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于這個值 (995,643,113 mg/dl和290 mg L-1)。LiPF6在水分作用下分解產(chǎn)生的產(chǎn)物POF3，具有相對較高的反應(yīng)活性，所以POF3僅存在于部分的電解質(zhì)，但POF3電解液中進(jìn)一步分解成產(chǎn)品DFP。雖然DFP的分解產(chǎn)物的LiPF6，DFP實(shí)際上有助于形成更穩(wěn)定的SEI膜，從而提高了循環(huán)電池的性能。在LiPF6分解，少量HF也形成，HF終形成LiF在負(fù)電極，成為SEI膜的一部分。

在分解進(jìn)程中，LiPF6不僅會產(chǎn)生上述分解產(chǎn)物，但也與電解質(zhì)溶劑反應(yīng)產(chǎn)生二氟磷酸 (DMFP)，二氟磷酸 (DEFP) 等分解產(chǎn)物的毒性相似有機(jī)磷毒劑，有機(jī)磷毒劑可以進(jìn)入人體皮膚，這意味著在動力電池拆解和再利用的過程中需要格外注意相關(guān)人員的防護(hù)，以避免過度與電解質(zhì)接觸。

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