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常見問題
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鋰電池化成工序低電壓不良原因分析及影響
65 2025-04-02
一、低電壓不良的常見原因

1.電解液相關(guān)問題

分解或揮發(fā):電解液濃度過高、雜質(zhì)過多(如金屬離子)或溫度失控易導(dǎo)致分解,產(chǎn)生氣體(如CO?、Li?CO?),增加內(nèi)阻,降低電壓。

浸潤不良:電解液粘度過高或添加劑比例失調(diào),導(dǎo)致電極材料潤濕不均,活性物質(zhì)利用率下降,充放電時(shí)電阻增大。


2.電極材料缺陷

均勻性差:正負(fù)極粉末團(tuán)聚、涂布厚度不均,造成局部活性物質(zhì)無法充分反應(yīng),電壓分布不均。

集流體污染/氧化:鋁箔/銅箔表面氧化或異物附著,增大接觸電阻,阻礙電子傳輸。


3.工藝參數(shù)不當(dāng)

電流密度異常:電流過高引發(fā)局部過熱,加速電解液分解;電流過低導(dǎo)致化成不完全,SEI膜形成缺陷。

電壓曲線控制失誤:截止電壓設(shè)置錯(cuò)誤(過高導(dǎo)致析鋰,過低導(dǎo)致容量損失)。

4.設(shè)備及環(huán)境因素

密封性差:化成柜漏氣導(dǎo)致電解液揮發(fā)或濕氣侵入,破壞SEI膜。

溫度管理失效:溫度傳感器精度不足或加熱/冷卻系統(tǒng)故障,引發(fā)局部溫差異常,影響反應(yīng)速率。

濕度超標(biāo):環(huán)境濕氣導(dǎo)致水分子嵌入石墨層,與鋰離子反應(yīng)生成LiOH·nH?O,不可逆容量損失。


5.結(jié)構(gòu)缺陷

內(nèi)部短路/隔膜破損:裝配過程中極片錯(cuò)位、隔膜針孔導(dǎo)致電流短路,能量損耗增加。

封裝不良:殼體密封不嚴(yán),電解液泄漏或氣體逸出,電芯內(nèi)壓失衡。

二、低電壓對(duì)電芯的影響

1.容量與能量密度下降

活性物質(zhì)利用率低(如電極浸潤不良區(qū)域),有效儲(chǔ)鋰量減少,標(biāo)稱容量無法達(dá)到設(shè)計(jì)值。

SEI膜缺陷導(dǎo)致鋰離子傳輸受阻,循環(huán)過程中容量衰減加速。

2.循環(huán)壽命縮短

局部析鋰或枝晶生長刺穿隔膜,引發(fā)內(nèi)部短路,熱失控風(fēng)險(xiǎn)增加。

電解液持續(xù)分解產(chǎn)生固體電解質(zhì)界面(SEI)層增厚,內(nèi)阻累積,充放電效率降低。

3.安全性能隱患

氣體析出導(dǎo)致電芯膨脹、殼體鼓包,嚴(yán)重時(shí)可能破裂或漏液。

高內(nèi)阻條件下,大電流放電時(shí)溫度急劇升高,熱管理失效風(fēng)險(xiǎn)上升。


4.一致性差

        批次間低電壓電芯比例升高,影響模組/電池包的電壓均衡性,降低系統(tǒng)可靠性。

三、解決對(duì)策與預(yù)防措施

1.優(yōu)化電解液體系

選用低粘度、高離子電導(dǎo)率電解液(如LiFSI基溶劑)。

控制雜質(zhì)含量(金屬離子≤1ppm),添加穩(wěn)定添加劑(如VC、DTD)。

2.改進(jìn)電極制備工藝

采用超聲分散、球磨工藝提升粉末分散度,減少團(tuán)聚。

優(yōu)化涂布參數(shù)(如涂布速度、烘箱溫度),確保電極厚度均勻。

清潔集流體表面(如等離子體處理),降低接觸電阻。

3.精細(xì)化工藝控制

分段調(diào)控化成電流(如0.1C預(yù)充→0.2C恒流),避免過激反應(yīng)。

結(jié)合CCCV模式精準(zhǔn)控制截止電壓(如三元材料4.25V vs 石墨3.65V)。

4.環(huán)境與設(shè)備升級(jí)

使用濕度≤1%RH、溫度25±2℃的潔凈車間環(huán)境。

配備恒溫化成柜(±0.5℃精度)及在線氣體檢測系統(tǒng)。

5.質(zhì)量監(jiān)控與反饋機(jī)制

實(shí)施化成過程實(shí)時(shí)監(jiān)控(如電壓-時(shí)間曲線分析),篩選異常電芯。

通過原位測試(如XRD、EIS)定位缺陷根源,迭代工藝參數(shù)。


總結(jié):
        化成工序的低電壓不良多由電解液、電極材料、工藝參數(shù)及環(huán)境等多因素協(xié)同作用引起,直接影響電芯的容量、壽命及安全性。通過系統(tǒng)性優(yōu)化材料、工藝與設(shè)備,并建立閉環(huán)質(zhì)量控制體系,可顯著提升電芯的一致性與性能表現(xiàn)。

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