锂电池OEM加工

一、电极片厚度变化

　　在锂离子电池的使用过程中，电极板的厚度会有一定的变化，尤其是石墨负极。根据现有数据，锂离子电池在高温下储存和循环后容易膨胀，厚度增长率约为6%~20%，其中正膨胀率仅为4%，负膨胀率在20%以上。锂离子电池极片厚度增加导致膨胀的根本原因是受到石墨本质的影响。氯化锂(LiC24、LiC12、LiC6等。)是锂嵌入阳极石墨时形成的，晶格间距发生变化，导致微观内应力形成，阳极膨胀。下图是石墨负极片在放置、充放电过程中的结构变化示意图。

　　石墨阳极膨胀主要是嵌锂后不可逆膨胀引起的。这部分膨胀与颗粒大小、粘结剂、极片结构有关。负极的膨胀导致卷绕芯的变形，导致在电极和隔板之间形成空隙，在负极颗粒中形成微裂纹，以及SEI膜的破裂和重组，这消耗电解质并恶化循环性能。影响负极极片厚度的因素很多，其中胶粘剂的性能和极片的结构参数是最重要的两个。

　　丁苯橡胶是石墨阳极常用的粘合剂。不同的胶粘剂具有不同的弹性模量和机械强度，对极片厚度的影响也不同。极片涂覆后的轧制力也影响电池中负极极片的厚度。相同应力下，胶粘剂的弹性模量越大，极片在物理静止时的回弹越小；充电时，石墨晶格因嵌锂而膨胀；同时，由于负颗粒和丁苯橡胶的变形，内应力完全释放，使负膨胀率急剧上升，丁苯橡胶处于塑性变形阶段。这种膨胀率与丁苯橡胶的弹性模量和断裂强度有关，导致丁苯橡胶的弹性模量和断裂强度较大，不可逆膨胀较小。

　　当丁苯橡胶的添加量不一致时，轧制时极片上的压力不同，极片的残余应力也不同。压力越大，残余应力越大，导致前期物理备用膨胀，满空状态膨胀率增大。SBR含量越少，碾压时压力越小，前期物理搁置、满空状态膨胀率越小；负极的膨胀导致芯体变形，影响负极的嵌锂程度和Li扩散速率，进而严重影响电池的循环性能。

第二，电池气体产生导致的膨胀

　　电池内部产生的气体是电池膨胀的另一个重要原因。电池无论是常温循环、高温循环还是高温搁置，都会产生不同程度的气胀。根据目前的研究结果，引起电池膨胀的本质是电解质的分解。电解液分解有两种，一种是电解液中有水分、金属杂质等杂质，使电解液分解产生气体，另一种是电解液的电化学窗口过低，导致充电时分解。得到电子后，电解液中的EC、DEC等溶剂都会出现自由基，自由基反应的直接后果就是低沸点烃类、酯类、醚类和CO2的出现。锂离子电池组装后，在预成型过程中会出现少量气体，这是不可避免的，也是电池不可逆容量损失的来源。在第一次充放电过程中，电子从外部电路到达阴极后，会与阴极表面的电解质发生氧化还原反应，产生气体。在此过程中，石墨阴极表面形成SEI。随着SEI厚度的增加，电子无法穿透，抑制了电解液的持续氧化分解。见关于sei形成的文章：干货|什么是SEI？对锂离子电池的影响太大了！在电池的使用过程中，内部气体的产生会逐渐增加，这是由电解液中的杂质或电池中的水分过多造成的。电解液中的杂质应小心清除。湿度控制不佳可能是电解液本身、电池包装不良引入的湿气和角度损坏造成的。另外，电池过充过放滥用和内部短路会加速电池产气速度，导致电池失效。

　　在不同的系统中，电池的膨胀程度是不同的。在石墨阴极系统电池中，气体产生鼓胀的重要原因是SEI膜形成、电池含水量过高、形成过程异常、包装不良等。在钛酸锂阴极体系中，电池膨胀比石墨/NCM电池体系严重得多。除了电解液中的杂质、水分和过程外，与石墨阴极系统电池不同的另一个原因是钛酸锂不能在其表面形成SEI膜，这与石墨阴极系统电池相同。电解液在充放电过程中始终与Li4Ti5O12表面直接接触，导致Li4Ti5O12材料表面的电不断还原分解，这可能是Li4Ti5O12电池膨胀的根本原因。气体的重要成分是H2、CO2、CO、CH4、C2H6、C2H4、C3H8等。钛酸锂单独浸入电解液时，只出现CO2。电池用NCM材料制成后，出现的气体包括H2、二氧化碳、一氧化碳和少量气态碳氢化合物。电池制成后，H2只会在循环充放电时出现，同时出现的气体中H2含量超过50%。这表明在充放电过程中会出现H2气体和一氧化碳气体。

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