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化成产生气体的原因及机理
当电池电解液采用1mol/LLiPF6-EC~DMC~EMC(三者体积比1:1:1)化成电压小于2.5V下,产生的气体主要为H2和CO2等;化成电压为2.5V时,电解液中的EC开始分解,电压3.0~3.5V的范围内,由于EC的还原分解,产生的气体主要为C2H4;而当电压大于3.0V时,由于电解液中DMC和EMC的分解,除了产生C2H4气外,CH4,C2H6等烷烃类气体也开始出现;电压高于3.8V后,DMC和EMC的还原分解成为主反应.此外,当化成电压处3.0~3.5V之间,化成过程中产生的气体量最大;电压大于3.5V后,由于电池负极表面的SEI层已基本形成,因此,电解液溶剂的还原分解反应受抑制,产生的气体的数量也随之迅速下降.
电解液中主要的有机溶剂结构
EC为碳酸乙烯酯;PC为碳酸丙烯酯;DEC为二乙基碳酸酯;DMC为二甲基碳酸酯;DME为二甲氧基乙烷;DOL为二氧戊烷;MEC为甲基乙基碳酸酯
化成过程中的主要化学反应
正极反应:
LiCoO2=Li1-xCoO2+xLi++xe-
负极反应:
6C+xLi++xe-=LixC6
电池总反应:
LiCoO2+6C=Li1-xCoO2+LixC6
电压低于2.5V时
H2O+e→OH-+1/2H2(g)
OH-+Li+→LiOH(s)
LiOH+Li++e→LiO(s)+1/2H2(g)
LiPF6→LiF+PF5
PF5+H2O→2HF+PF3O
LiCO3+2HF→LiF+H2CO3
H2CO3→H2O+CO2(g)
SEI层形成过程中的主要反应:
EC+e→EC˙(EC自由基)
2EC˙+2Li+→CH2=CH2(g)+(CH2OCO2Li)2(s)
EC+2e→CH2=CH2(g)+CO32-
CO32-+2Li+→Li2CO3
EC+2Li++2e→CH3OLi(s)+CO(g)
DMC+e+Li+→CH3OCO2Li(s)+CH3˙
DMC+e+Li+→CH3OLi(s)+CH3OCO2
CH3OCO2+CH3˙→CH3OCO2CH3
EMC+e+Li+→CH3OCO2Li(s)+C2H5˙
CH3˙+1/2H2→CH4
C2H5˙+1/2H2→C2H6
CH3˙+CH3˙→C2H6
C2H5˙+CH3˙→C3H8
DMC+2Li++2e→CH3OLi(s)+CO(g)
SEI膜形成中的主要化学现象
在电池化成的过程中不仅仅是电能与化学能的转换,同时也伴随着热能的转化;在化成中的化学反应产生的气体包括H2,CO,CO2,C2H4,CH4,C2H6˙˙˙,所以在化成时电芯都有一个气囊,目的就是排出化成中产生的气体。
SEI膜形成的质量、稳定性、界面的优化是决定电池寿命不可忽视的重要因素。
化成设备
ATL用于生产的主要的化成设备为杭州可靠性仪器厂生产的锂离子电池化成系统分为2A/2.5A/3A等几种类型,按project又分成气压针床式/装架式/插老化板几种
LIP—3AHB01(512高温)
LIP—3AB01(512常温)
LIP—3AHF04(576高温)
LIP—3AF04(768常温)
LIP—3AP02(3A装架机)
LIP—2AP02(2A装架机)
LIP—3AHB01W(恒功率)
LIP—0.5AHB01(0.5A高温)
LIP—0.2AHB01(0.2A高温)
化成设备的工作原理
化成设备工作状态
使电池在四种工作状态下切换,记录在每一种状态下测试的数据,
对电池性能分析提供了详细的数据源。
--(休眠)
CC(恒流充电)
CV(恒压充电)
DC(恒流放电)容量测试才有恒流放电,化成没有放电流程。
CPD(恒功率放电)恒功率机器专有。
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