水分對鋰電池性能有何影響？水分對鋰電池性能影響大嗎？

影響鋰電池性能的因素有很多，例如材料的類型，正負(fù)極的壓縮密度，水分，涂層表面密度以及電解液的使用量。其中，水分對鋰離子電池的性能有著至關(guān)重要的影響，水分是鋰離子電池生產(chǎn)過程中需要嚴(yán)格控制的關(guān)鍵因素。

過量的水不僅會導(dǎo)致電解液中鋰鹽的分解，對正負(fù)極材料和集流體產(chǎn)生一定的腐蝕和破壞作用，還會導(dǎo)致電池的循環(huán)性能和安全性能下降。然而，微量的水分具有重要意義。水分對鋰電池性能的影響將在下面詳細介紹。

一、水分過多的缺點

在三元/石墨系統(tǒng)電池的生產(chǎn)過程中，正極漿料的制備一般采用油基分散體系，以PVDF為粘合劑，NMP為溶劑。當(dāng)PVDF遇到過多的水分時，會形成凝膠狀物質(zhì)，導(dǎo)致漿料流動性差和流平性差，不利于漿料的涂覆。

因此，在制備漿料時，必須注意原料的水分含量，工作環(huán)境和人員操作過程中水分的引入。除了對鋰電池漿料的制備產(chǎn)生巨大影響外，過多的水分還會導(dǎo)致電解液的分解。氫氟酸是一種腐蝕性特別強的酸，會對鋰電池的正負(fù)極材料和集電器造成嚴(yán)重?fù)p壞，最終導(dǎo)致電池安全問題。

二、微量水分的意義

但是，鋰電池中的水越少越好。眾所周知，固體電解質(zhì)界面（俗稱SEI膜）是一種選擇性滲透膜，允許Li+自由通過，而電解質(zhì)分子不能通過。

電解液和微量添加劑的成分對SEI成膜的電位、致密程度、電池的不可逆容量損失和電池的內(nèi)阻有重大影響。水作為電解液中的微量成分，對鋰離子電池SEI膜的形成和電池性能有一定的影響。

三、水分對鋰電池性能的影響

在不同的材料體系中，水分含量對電池的性能有很大的影響。然而，不變的是，水分對鋰電池的首次充放電容量、內(nèi)阻、電池循環(huán)壽命和電池體積都有影響。下面以鈷酸鋰/石墨系統(tǒng)電池為例。

1.對首次充放電容量的影響

水分與鋰離子電池中SEI的形成有關(guān)，必然會影響鋰離子電池第一次不可逆的容量損失。

當(dāng)電池中的水分小于0.015%時，電池的首次放電容量符合國家標(biāo)準(zhǔn)，變化不大。當(dāng)電池水分在0.015%至0.04%范圍內(nèi)時，電池的初始放電容量隨著電池中水分的增加而降低。當(dāng)電池中的水分含量小于0.015%時，以下反應(yīng)占主導(dǎo)地位。

單電子還原過程生成的烷基碳酸鋰也可以與電解質(zhì)中的痕量水反應(yīng)生成碳酸鋰。

2ROCO2 Li+H2O →Li2CO3 +CO2 +2ROH

當(dāng)產(chǎn)生CO2時，負(fù)極表面以低電位發(fā)生新的化學(xué)反應(yīng)：

2CO2+2Li+ +2e →Li2CO3 +CO

可以看出，適量的水有利于Li2CO3基SEI膜的形成，穩(wěn)定、均勻、致密。當(dāng)SEI膜完全覆蓋負(fù)極時，不可逆反應(yīng)立即停止。

當(dāng)水分含量在0.0150%至0.04%范圍內(nèi)時，鋰離子的消耗增加，電池的充放電容量降低，對其產(chǎn)生負(fù)面影響。

2.對電池內(nèi)阻的影響

電池的內(nèi)阻是電池最重要的特性參數(shù)之一。它是表征電池循環(huán)壽命和工作狀態(tài)的重要參數(shù)，是衡量電池中離子和電子傳輸難度的主要指標(biāo)。

內(nèi)阻主要受電池材料、制造工藝、電池結(jié)構(gòu)等因素影響。內(nèi)阻越小，電池放電時占用的電壓越小，輸出的能量越多。

對于長期存放的電池，內(nèi)阻會隨著存放時間的增加而增大，當(dāng)內(nèi)阻超過一定值時，會對電池的性能產(chǎn)生很大的影響。由于水分含量對鋰電池中SEI膜的質(zhì)量有影響，因此輪廓會影響電池的內(nèi)阻。

在EC/DMC/EMC電解液溶劑體系中，微量的水可以形成Li2CO3基、穩(wěn)定、均勻、致密的SEI膜，內(nèi)阻低。當(dāng)含水量超過系統(tǒng)形成SE I膜所需的含量時，SEI膜表面會產(chǎn)生POF3和LiF沉淀物，導(dǎo)致電池內(nèi)阻增加。

3.對電池容量衰減的影響

水分含量會影響電池SEI膜的性能，例如均勻性和密度等。當(dāng)SEI膜均勻致密時，電解質(zhì)溶劑不易嵌入負(fù)極并占據(jù)Li+插層空位，因此容量衰減小。

相反，當(dāng)SEI膜的局部不致密且不均勻時，Li+插層空位相對容易被電解質(zhì)溶劑占據(jù)。Li2CO3是形成均勻致密的SEI膜的最重要成分。在EC/DMC/EMC電解質(zhì)溶劑體系中，適量的水可以促進以Li2CO3為主的SEI膜的形成。當(dāng)水分含量充足或過量時，形成的SEI膜會更致密，更均勻，溶劑插層碳負(fù)極的概率會更小。

這就是為什么當(dāng)含水量在0.015%至0.04%范圍內(nèi)時，電池的容量衰減會隨著含水量的增加而逐漸減少。當(dāng)水分小于0.015%時，負(fù)極表面形成更致密的SEI膜，使溶劑插層保持平衡狀態(tài)。因此，電池容量衰減保持在相對穩(wěn)定的狀態(tài)。

4.對電池厚度的影響

隨著水分含量的增加，電池的厚度也會增加。當(dāng)水分含量低時，這是由于在SEI膜形成過程中產(chǎn)生CO2，CO和其他氣體。當(dāng)水分過多時，多余的水會繼續(xù)與LiPF6反應(yīng)生成HF氣體。電池內(nèi)部產(chǎn)生的氣體量與電池的安全性有關(guān)。為了避免電池出現(xiàn)嚴(yán)重的膨脹問題，必須嚴(yán)格控制電池內(nèi)部的水分。