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電解液不足對電池有什么危害?

電解液注液量的“略少、少、嚴重少”這是一般說法,沒有嚴格要求。電解液即使是略少,電池也已經是不良品了。電解液略少的電芯,不容易被發現,這個時候,電芯的容量和內阻都是正常的,檢測出電解液略少電芯有三類方法:拆電芯、稱重、測試。

拆電芯:此時滿充負極會出現類似于下面圖片的樣子:

拆開屬于破壞性試驗且一次只能檢測一個電芯,雖然可以直觀和準確的確定問題,但實際用此方法篩選電芯的基本不用。

稱重:這一方法準確性較低,因為極片、鋁塑膜等也會有重量差異;電解液既然是“略少”,那么實際每個電芯的保液量也就不會差距很大,這樣其他材料的重量差異,很可能大于電解液重量的差異。當然,可以通過注液時實測每個電芯的注液量或者保液量來準確的、及時的得知問題電芯,但是與其對全電芯稱重,不如增加注液設備的準確性和優化工藝,從而治標治本。

測試:這個是問題的重點,用何種測試方法能夠篩選出電解液“略少”的電芯,等價于電解液“略少”的電芯會有何種異常。目前文武僅知道兩種方法可以測出容量、內阻皆正常的,但是電解液卻略少的電芯。這兩個方法分別是:循環、倍率放電平臺。
循環,可以說是檢查鋰離子電池電性能的終極方法,縱觀鋰離子電池材料和制成時的近乎無數種的異常,絕大多數的最終影響都是兩個字:循環。電解液略少時,容量或是說正極克發揮是正常的,前幾十次循環的話,容量并不會明顯衰減;隨著電解液缺失的程度的加重,能夠保持較高容量保持率的循環次數會逐漸減少;或者說,電解液“略少”中電解液相對較多的電芯,可能會以正常容量衰減速率循環幾十次甚至上百次才會明顯衰減;電解液“略少”中電解液相對較少的電芯,可能循環十次二十次容量就開始明顯跳水。但不論在容量跳水前電芯能按正常容量衰減速度循環多少次,跳水開始后,電芯的容量都會快速衰減;衰減過程中,電芯的表現是能充入容量,但是放出容量較低(很像氣數已盡的人“有進氣兒沒出氣兒”的樣子哦),如果做充電容量/放電容量圖的話,跳水期間二者的比值會明顯高于1;跳水之后,電芯的容量并不會馬上降為0,而是相對穩定的維持在其初始容量的20%~40%中的位置一段時間;再往后,文武就沒有測過了。以下是一個因電解液不足而容量跳水的電芯的循環容量曲線和C/D曲線,

循環性能的降低,是電解液缺失的一個必然結果,只要電解液的量足夠維持電芯循環到規格書中規定的循環次數,就可以認為電解液是充足的。但是,循環性能無法作為篩選電解液量少的電芯的手段,原因很簡單,不再多說。倍率放電平臺,這里所說的平臺,一定要是相對較高倍率的平臺,
0.2C/0.5C是看不出來差異的。文武比較了同設計下,實際平均保液量分別為0.002g/mAh和0.0023g/mAh兩批電芯的0.5C/3.6V、1C/3.6V和2C/3.4V的平臺容量,二者0.5C平臺幾乎一致,但電解液充足的第二組1C和2C平臺容量要高于電解液不足的第一組約8%(文武做的是容量型卷繞軟包電芯,倍率型或者疊片電芯所用測試倍率肯定要再高才可以)。與全檢稱重、測循環、拆電芯相比,用高倍率放電對比平臺容量這一方法預測電解液略少的電芯,可行性顯然更大。但問題是,對于制成較差的廠子,高倍率下,電芯平臺容量本身就可能相差很多,這樣的話定標準是很難的。

 

對于電解液“略少”的電芯,由于正極克發揮還是足夠的(克發揮不足,在本文叫做“嚴重少”),因而最開始極片可能僅是比較干,但是還沒有析鋰。但隨著循環的進行,析鋰會越來越嚴重。“少”時的情況與“略少”相比,“少”的時候,問題就要簡單的多了。依照文武的定義來說,當電解液少到讓電芯高內阻的時候,就可以稱呼為“少”了。這個時候,電芯的正極克發揮依舊是正常的,但是循環、倍率平臺容量都要明顯的差于“略少”的情況。

 

平臺容量低,即使是0.2C的平臺容量,也要明顯低于內阻正常的電芯,更不用說高倍率平臺容量了。
無法完成循環,這是對實際現象的描述,當測過這幾個高內阻電芯的倍率后,將電芯擱置了幾天,然后有了空余測試通道準備測1C循環,上下限保護電壓分別為4.5V和2.5V,這時發現,不論是充電還是放電,通道都會馬上進入保護(這種析鋰電芯,此時處于高電壓狀態)。更換通道也沒有改善,測了一下電芯的重量,發現比正常電芯低0.5~1g,室外拆開電芯,全部起火!
由于電解液“少”的電芯,內阻已然偏高,而內阻基本是所有電池廠都會關注的參數,所以篩選出電解液“少”的電芯,并不難。需要再一次強調的是,電解液“少”的電芯,會遇到電解液“略少”的電芯的一切問題,同時也會增加一個問題:內阻偏高。“嚴重少”的情況拋開一切不看,電解液“嚴重少”時,最為明顯的結果就是:低容。電芯的內阻往往是由電芯廠制定的,一般的話,偶有高內阻也可能出貨,但是容量不足的話,可就完全沒有補救的可能性了。
處于“嚴重少”的電芯,克發揮、內阻、平臺、循環等問題,將會一起爆發。當看到電芯低容且高內阻時,就很有可能是電解液“嚴重少”的情況;如果再與正常電芯對比一下重量,則可以幾乎確認問題所在。此時,就不要拆電芯了,起火的可能性非常大。
如果將電芯分開來看的話,電解液“嚴重少”時還可以分為正極吸液不足和負極吸液不足這兩個方面來看。當正極吸液不足時,沒有足夠的鋰離子能夠從正極脫嵌,但是負極吸液充足,只要是脫嵌的鋰離子,就可以嵌入負極。結果就是正負極都很干,但是負極并沒有析鋰。當負極吸液不足、正極充足時,正極可以提供充足的鋰離子給負極,但是負極沒有辦法接受,于是負極析鋰。但不論是哪種情況,電芯的外在表現都是:低容、高內阻、低平臺、低循環。電解液“嚴重少”的電芯拿去做循環,十次就可能掉10%的容量,且循環后由于嚴重析鋰,電芯會變得異常的厚。

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