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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
383 2025-04-02
一、低電壓不良的常見原因

1.電解液相關問題

分解或揮發:電解液濃度過高、雜質過多(如金屬離子)或溫度失控易導致分解,產生氣體(如CO?、Li?CO?),增加內阻,降低電壓。

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


2.電極材料缺陷

均勻性差:正負極粉末團聚、涂布厚度不均,造成局部活性物質無法充分反應,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.工藝參數不當

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

電壓曲線控制失誤:截止電壓設置錯誤(過高導致析鋰,過低導致容量損失)。

4.設備及環境因素

密封性差:化成柜漏氣導致電解液揮發或濕氣侵入,破壞SEI膜。

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

濕度超標:環境濕氣導致水分子嵌入石墨層,與鋰離子反應生成LiOH·nH?O,不可逆容量損失。


5.結構缺陷

內部短路/隔膜破損:裝配過程中極片錯位、隔膜針孔導致電流短路,能量損耗增加。

封裝不良:殼體密封不嚴,電解液泄漏或氣體逸出,電芯內壓失衡。

二、低電壓對電芯的影響

1.容量與能量密度下降

活性物質利用率低(如電極浸潤不良區域),有效儲鋰量減少,標稱容量無法達到設計值。

SEI膜缺陷導致鋰離子傳輸受阻,循環過程中容量衰減加速。

2.循環壽命縮短

局部析鋰或枝晶生長刺穿隔膜,引發內部短路,熱失控風險增加。

電解液持續分解產生固體電解質界面(SEI)層增厚,內阻累積,充放電效率降低。

3.安全性能隱患

氣體析出導致電芯膨脹、殼體鼓包,嚴重時可能破裂或漏液。

高內阻條件下,大電流放電時溫度急劇升高,熱管理失效風險上升。


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,降低系統可靠性。

三、解決對策與預防措施

1.優化電解液體系

選用低粘度、高離子電導率電解液(如LiFSI基溶劑)。

控制雜質含量(金屬離子≤1ppm),添加穩定添加劑(如VC、DTD)。

2.改進電極制備工藝

采用超聲分散、球磨工藝提升粉末分散度,減少團聚。

優化涂布參數(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.精細化工藝控制

分段調控化成電流(如0.1C預充→0.2C恒流),避免過激反應。

結合CCCV模式精準控制截止電壓(如三元材料4.25V vs 石墨3.65V)。

4.環境與設備升級

使用濕度≤1%RH、溫度25±2℃的潔凈車間環境。

配備恒溫化成柜(±0.5℃精度)及在線氣體檢測系統。

5.質量監控與反饋機制

實施化成過程實時監控(如電壓-時間曲線分析),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。


總結:
        化成工序的低電壓不良多由電解液、電極材料、工藝參數及環境等多因素協同作用引起,直接影響電芯的容量、壽命及安全性。通過系統性優化材料、工藝與設備,并建立閉環質量控制體系,可顯著提升電芯的一致性與性能表現。

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