电解液缺失对电芯性能的影响本文有些仓促,但是就这个主题而言,或许再等半年,文武也难有新的见解,所以 就急着写出来啦!文章属于扫盲性质,文武也是半盲,所以“高人”不要读文章,也不要留言, 谢谢!“疾在腠理,汤熨之所及也;在肌肤,针石之所及也;在肠胃,火齐之所及也;在骨 髓,司命之所属,无奈何也这是中学课本中,《扁鹊见蔡桓公》中的一段话;疾在腠理、 在肌肤、在肠胃、在骨髓,形象的描述了疾病的四个程度电解液缺失,就好比电芯得了病, 得了病,就必然有重有轻电解液缺失对电芯性能的影响,何为轻何为重?轻者如何重者如 何?这就是本文主要讨论的问题另外,由于不同材料、不同工艺所对应的吸液量是不同的, 所以本文仅是以电解液注液量的“略少、少、严重少”这三个定性的词语来形容电解液的缺失 程度;定量来说的话,由于种种原因,文武目前还没有这个能力略少”时的情况其实即使是略少,电芯也已经是不良品了电解液少,既有可能是注液量少了,也 有可能是老化时间短造成极片浸润不充分,但本文不过多讨论这一问题电解液略少的电芯, 如同潜伏着的谍战人员一样,不容易被发现这个时候,电芯的容量和内阻都是正常的,检 测出电解液略少电芯有三类方法:拆电芯、称重、测试。
拆电芯:,此时满充负极会出现类似于下面图片的样子:拆开属于破坏性试验且一次只能检测一个电芯,虽然可以最为直观和准确的确定问 题,但实际用此方法筛选电芯的可能性却几乎没有称重:这一方法准确性较低,因为极片、铝塑膜等也会有重量差异;电解液既然是“略 少”,那么实际每个电芯的保液量也就不会差距很大,这样其他材料的重量差异,很可能大 于电解液重量的差异当然,可以通过注液时实测每个电芯的注液量或者保液量来准确的、 及时的得知问题电芯,但是与其对全电芯称重,不如增加注液设备的准确性和优化工艺,从 而治标治本测试:这个是问题的重点,用何种测试方法能够筛选出电解液“略少”的电芯,等价 于电解液“略少”的电芯会有何种异常目前文武仅知道两种方法可以测出容量、内阻皆正常 的,但是电解液却略少的电芯这两个方法分别是:循环、倍率放电平台循环,可以说是检查锂离子电池电性能的终极方法,纵观锂离子电池材料和制成时 的近乎无数种的异常,绝大多数的最终影响都是两个字:循环电解液略少时,容量或是说 正极克发挥是正常的,前几十次循环的话,容量并不会明显衰减;随着电解液缺失的程度的 加重,能够保持较高容量保持率的循环次数会逐渐减少;或者说,电解液“略少”中电解液相 对较多的电芯,可能会以正常容量衰减速率循环几十次甚至上百次才会明显衰减;电解液“略 少”中电解液相对较少的电芯,可能循环十次二十次容量就开始明显跳水。
但不论在容量跳 水前电芯能按正常容量衰减速度循环多少次,跳水开始后,电芯的容量都会快速衰减;衰减 过程中,电芯的表现是能充入容量,但是放出容量较低(很像气数已尽的人“有进气儿没出 气儿”的样子哦),如果做充电容量/放电容量图的话,跳水期间二者的比值会明显高于1;跳 水之后,电芯的容量并不会马上降为0,而是相对稳定的维持在其初始容量的20%〜40%中 的位置一段时间;再往后,文武就没有测过了以下是一个因电解液不足而容量跳水的电芯 的循环容量曲线和C/D曲线,大 家 可 以 参 考 一 下:循环性能的降低,是电解液缺失的一个必然结果,只要电解液的量足够维持电芯 循环到规格书中规定的循环次数,就可以认为电解液是充足的但是,循环性能无法作为筛 选电解液量少的电芯的手段,原因很简单,不再多说倍率放电平台,这里所说的平台,一定要是相对较高倍率的平台,0.2C/0.5C是看不 出来差异的文武比较了同设计下,实际平均保液量分别为0.002g/mAh和0.0023g/mAh两 批电芯的0.5C/3.6V、1C/3.6V和2C/3.4V的平台容量,二者0.5C平台几乎一致,但电解液 充足的第二组1C和2C平台容量要高于电解液不足的第一组约8%(文武做的是容量型卷绕 软包电芯,倍率型或者叠片电芯所用测试倍率肯定要再高才可以)。
与全检称重、测循环、 拆电芯相比,用高倍率放电对比平台容量这一方法预测电解液略少的电芯,可行性显然更大 但问题是,对于制成较差的厂子,高倍率下,电芯平台容量本身就可能相差很多,这样的话 定标准是很难的而对于一致性很好的厂子来说,保证注液量和吸液量又是很简单的问题 实在是让人纠结啊对于电解液“略少”的电芯,由于正极克发挥还是足够的(克发挥不足,在本文叫做 “严重少”),因而最开始极片可能仅是比较干,但是还没有析锂但随着循环的进行,析锂 会越来越严重少”时的情况与“略少”相比,“少”的时候,问题就要简单的多了依照文武的定义来说,当电解 液少到让电芯高内阻的时候,就可以称呼为'少”了这个时候,电芯的正极克发挥依旧是正 常的,但是循环、倍率平台容量都要明显的差于“略少”的情况与刚才所说的“略少”和后面眼谈到的“严重少”相比,“少”是一个可遇不可求的中间 态文武是做样品的,这种中间态的情况在样品中,还真的没见过一次不过有一次测llOpcs 量产电芯的自放电时(由于测了那批数据,才有了之前的《自放电浅析》),顺便关注了一下 里面内阻较高、但是容量正常的电芯,发现的问题有:平台容量低,即使是0.2C的平台容量,也要明显低于内阻正常的电芯,更不用说高 倍率平台容量了。
无法完成循环,这是对实际现象的描述,当文武测过这几个高内阻电芯的倍率后, 将电芯搁置了几天,然后有了空余测试通道准备测1C循环,上下限保护电压分别为4.5V 和2.5V,这时发现,不论是充电还是放电,通道都会马上进入保护(这种析锂电芯,此时 处于高电压状态,但本文不多谈论此问题)更换通道也没有改善后,测了一下电芯的重量, 发现比正常电芯低0.5〜lg,室外拆开电芯,全部起火!由于电解液“少”的电芯,内阻已然偏高,而内阻基本是所有电池厂都会关注的参数, 所以筛选出电解液“少”的电芯,并不难需要再一次强调的是,电解液,少”的电芯,会遇到 电解液“略少”的电芯的一切问题,同时也会增加一个问题:内阻偏高严重少”的情况抛开一切不看,电解液“严重少”时,最为明显的结果就是:低容电芯的内阻往往 是由电芯厂制定的,制成一般的话,偶有高内阻也可能出货,但是容量不足的话,可就完全 没有补救的可能性了处于“严重少”的电芯,克发挥、内阻、平台、循环等问题,将会一起爆发当看到 电芯低容且高内阻时,就很有可能是电解液“严重少”的情况;如果再与正常电芯对比一下重 量,则可以几乎确认问题所在此时,就不要拆电芯了,起火的可能性非常大。
如果将电芯分开来看的话,电解液“严重少”时还可以分为正极吸液不足和负极吸液 不足这两个方面来看当正极吸液不足时,没有足够的锂离子能够从正极脱嵌,但是负极吸 液充足,只要是脱嵌的锂离子,就可以嵌入负极结果就是正负极都很干,但是负极并没有 析锂当负极吸液不足、正极充足时,正极可以提供充足的锂离子给负极,但是负极没有办 法接受,于是负极析锂但不论是哪种情况,电芯的外在表现都是:低容、高内阻、低平台、 低循环电解液“严重少”的电芯拿去做循环,十次就可能掉10%的容量,且循环后由于严重 析锂,电芯会变得异常的厚最后还要重申一下本文的主旨文章将电解液少按程度分为“略少”“少”“严重少”这 三个程度,程度重的在有自己特有的问题的同时,也必然发生程度比其轻的全部问题就好 比人的某处染疾,严重的时候有严重时候特有的病症,但也必然同时拥有轻的时候的所有病 症以上是文章的主体下面是感言(宋丹丹:主持人让你获奖感言呢,你敢言不?)两天前开始写此文时,文武竟然还自称“或许再等半年,文武也难有新的见解”,但 是随着行文,文武发现问题越来越多虽然我的文章里面,应该没有技术性的错误,但是没 有解决、有待进一步研究的问题,却比文章实际已经说明的问题,要多得多。
文武心里的困 惑,其实已经隐藏于文章之中(就好像电解液“略少”电芯潜伏于正常电芯之中一样),但为 了不让大家读了文章后,脑袋反而乱成一锅粥,就一一例举出来了依目前的水平,我还没 有能力进一步解决这些疑惑好在这些纯技术类的问题,也并不急于马上理解其实既然已 经工作的话,对于一些问题,弄个一知半解,或许也就够了吧。