西安华迈锂离子电池充电器定制设计服务天生与众不同
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锂离子电池的基本知识
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锂离子电池浮充测试的鼓胀原因分析及改善_李慧芳
研究与设计
锂离子电池浮充测试的鼓胀原因分析及改善
李慧芳，高俊奎，李飞，黄家剑（天津力神电池股份有限公司，天津300384）
摘要：对浮充测试中发生鼓胀的锂离子电池进行了深入分析，对电池产气成分、正负极阻抗、晶体结构、隔膜形貌及孔隙等情况进行了检测，结果表明：在浮充过程中，溶剂及添加剂在嵌锂负极表面发生还原反应，同时ＳＥＩ膜发生不断的重整及修复反应，这些反应产物沉积到负极表面及隔膜孔隙内，导致靠近负极面的隔膜孔隙堵塞甚至贯穿，一旦沉积物刺
穿隔膜，即引起正负极微短路，导致ＳＥＩ膜的溶解和溶剂的氧化，释放出大量ＣＯ２，电池厚度迅速鼓胀。通过更换Ｇｕｒｌｅｙ值高的隔膜可显著改善电池的浮充性能，原因在于在发生相同程度副反应的情况下，Ｇｕｒｌｅｙ值高的隔膜可穿透性差，不易被沉积物刺穿发生微短路。关键词：锂离子电池；浮充；鼓胀中图分类号：ＴＭ９１２
文献标识码：Ａ
文章编号：１００２－０８７Ｘ（２０１３）１２－２１２３－０４
Studyoncauseofswellinginfloat-chargedlithiumionbatteries
LIHui-fang,GAOJun-kui,LIFei,HUANGJia-jian
(TianjinLishenBatteryJoint-StockCo.,LTD.,Tianjin300384,China)
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｓｗｅｌｌｉｎｇｌｉｔｈｉｕｍｉｏｎｂａｔｔｅｒｉｅｓｉｎｆｌｏａｔ－ｃｈａｒｇｅｄｔｅｓｔｗｅｒｅｓｔｕｄｉｅｄｂｙａｎａｌｙｚｉｎｇｔｈｅｓｔａｔｅｏｆｅａｃｈｃｏｍｐｏｎｅｎｔｉｎｂａｔｔｅｒｙ．ＴｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｒｅｓｕｌｔｓｓｕｇｇｅｓｔｔｈａｔｔｈｅｓｏｌｖｅｎｔｓｒｅｄｕｃｔｉｏｎａｎｄｔｈｅＳＥＩｒｅｆｏｒｍｉｎｇａｎｄｒｅｐａｉｒｉｎｇｒｅａｃｔｉｏｎｍａｙｂｅｃａｕｓｅｄｂｙｔｈｅｆｌｏａｔ－ｃｈａｒｇｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓ．
Ｔｈｅｒｅａｃｔｉｏｎｐｒｏｄｕｃｔｓｄｅｐｏｓｉｔｅｄｏｎｔｈｅａｎｏｄｅ
ｓｕｒｆａｃｅａｎｄｐｅｎｅｔｒａｔｅｄｉｎｔｏｔｈｅｍｉｃｒｏｐｏｒｅｓｏｆｓｅｐａｒａｔｏｒｏｎａｎｏｄｅｓｉｄｅ．Ａｎｄｉｔｉｓｅａｓｙｔｏｃａｕｓｅａｓｈｏｒｔｃｉｒｃｕｉｔｏｆｃａｔｈｏｄｅａｎｄａｎｏｄｅ，ｗｈｉｃｈｗｉｌｌｌｅａｄｔｏｔｈｅｒｅｌｅａｓｅｏｆＣＯ２ｂｙｔｈｅｄｉｓｓｏｌｕｔｉｏｎｏｆＳＥＩａｎｄｏｘｉｄａｔｉｏｎｏｆｓｏｌｖｅｎｔｓ．Ａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｉｓ，ｉｆｔｈｅｓｅｐａｒａｔｏｒｃｈａｎｇｅｄｔｏｏｎｅｗｉｔｈｌｏｗｅｒＧｕｒｌｅｙｖａｌｕｅ，ｔｈｅｓｗｅｌｌｉｎｇｒａｔｅｏｆｂａｔｔｅｒｙｗｏｕｌｄｂｅｇｒｅａｔｌｙｒｅｄｕｃｅｄ．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｌｉｔｈｉｕｍｉｏｎｂａｔｔｅｒｙ；ｆｌｏａｔ－ｃｈａｒｇｅ；ｓｗｅｌｌｉｎｇ近年来，锂离子电池在便携式电子产品和通讯工具中得到广泛应用，在电动工具、电动汽车等动力电源方面的应用也在日益扩大。随着人们对锂离子电池认识程度的加深，其安全性能已经成为生产厂家和大众关注的焦点。锂离子电池在滥用条件下（如高温、短路、过充放、振动、挤压和撞击等）容易出现冒烟、着火甚至爆炸等情况。当前对锂离子电池过充、过而对于浮充测试的研究较少。放及热稳定性的研究较多[1-3]，
浮充是对满电电池以恒流恒压模式持续充电一定时间的测试，针对一些对厚度要求较高的精密型电子设备及对电池尺寸要求苛刻的产品，就必须考虑到电池的浮充性能。如我司某些客户要求，方型电池在45℃的恒温环境中以750mA恒流、4.25V恒压模式连续充电15天，测试结束后的电池鼓胀不超过0.5mm。本文针对该项测试要求进行了电池浮充实验，对于发生鼓胀的电池，从内部产气成分、正负极变化、隔膜变化等方面进行了深入分析，并根据分析结果提出了改善建议，进一步以实验进行了验证。
度T1，然后将电池置于45℃恒温箱中，以恒流750mA、恒压4.25V持续充电15天。15天后将电池取下，在常温下放置要求电池厚度增长ΔT(T2－T1)不超过2h后测试电池厚度T2，0.5mm。
本文对上述浮充测试后发生鼓胀的电池进行失效原因分析，首先用美国安捷伦气-质联用仪GC-MS测试鼓胀电池的气体成分。
另取浮充鼓胀的电池充分放电到3.0V，在手套箱内将其解剖，取其正负极片和隔膜，分别进行形貌等测试。
为考察浮充过程中电池正负极是否产生晶体结构上的缺陷，将解剖后所得正负极分别进行X射线衍射光谱(XRD)测试。
在手套箱内，将解剖所得正负极片配以新鲜隔膜和电解液，以锂作为对电极，分别制作正极和负极半电池，用电化学工作站进行交流阻抗测试。
正极为钴酸锂，负极为天以方型电池053450为测试对象，
然石墨，将电池充满电（电压＞4.15V），测试其常温下的厚
收稿日期：２０１３－０４－１８
作者简介：李慧芳（１９７８—），女，河北省人，硕士，工程师，主要研究方向为锂离子电池材料检测方法及电池失效原因分析。
２结果与讨论
浮充后的电池发生不同程度的鼓胀，且导致电池的残余容量和恢复容量降低。为此，对鼓胀后的电池进行如下分析测试。
２．１鼓胀气体成分的测试
图1为用GC-MS对两只鼓胀电池的气体成分进行测试的结果，虽然电池鼓胀程度不同，但是从测试结果看其产气成
２０１３．１２Ｖｏｌ．３７
Ｎｏ．１２
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