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商业化动力电池中自?#21830;?#30340;电解液量有多少?
发布时间:2019-03-26 14:18:00
关键词:动力电池锂电池

商业化动力电池中自?#21830;?#30340;电解液量有多少?


锂离子电池而言,电解液某种意义上相当于人体的血液,对电池性能影响巨大,必不可少。对于不同化学体系的电池,电解液注液量和保液系数都是存在差异的。具体到不同的动力电池生产商,由于工艺和理解的不同,其电池产品注液量也存在差异。除了化成阶段部分电解液同负极发生反应生成SEI外,剩余的电解液主要以两?#20013;?#24335;存在:一部分浸润到电极的多孔结构中,而一部分则是以自?#21830;?#30340;形式存在。其中,浸润到电极多孔结构中的电解液量是较难测量的,而自?#21830;?#30005;解液量通过电池拆解相对更容易量化。除此之外,使用后的电池会逐渐发生老化,理论上老化后电池的电解液量?#19981;?#20943;少。那么问题来了,商业化的动力电池中自?#21830;?#30340;电解液量究竟有多少呢?


来自欧盟联合研究中心的NataliaP. Lebedeva等人的视角相对特殊,在绝大部分人关注如何改进电解液以提升电池性能的时候,她们先人一步将注意力集中到了电解液可能带来的毒性问题。目前常用的电解液中含有多种有毒的溶剂,LiPF6的使用也可能会产生HF,一旦在密闭空间中电解液泄漏极容易产生高浓度的毒性氛围对人造成危害。在本工作中,NataliaP. Lebedeva等研究了商业化动力电池中自?#21830;?#30005;解液量的问题。由于检测的电池多来自;整车端且包含部分老化的电池,因此结果具有较高的参考和实用价值。成果以Amountof Free Liquid Electrolyte in Commercial Large Format Prismatic Li-Ion BatteryCells为题发表在Journalof The Electrochemical Society上。


图?#37027;?#26512;:

 

表1. 实验中所用的电池信息

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图2.第3组老化电池所在的电动车pack示意图,紫色所示为所拆解的老化电池在pack中的分布。


实验所用动力电池的具体信息如表1所示。第1组和第2组都是购买的散装、新鲜LFP体系方形电池,电池容量60Ah。第3-6组电池均从已经跑过数年的电动汽车上拆解得到,其中使用第3、4、6组电池的电动车在?#20998;?#38144;量榜排名前十。第3组和第4组是NMC+LCO体系的方形电池,容量分别为38Ah和63Ah;第5组是NMC体系的软包电池,电池容量39Ah;第6组是LMO+LNO体系的软包电池,电池容量40Ah。第7组为LFP体系的方形电池,实验前该电池已经存放了三年。最后一组电池和第3组属于同种类型,都是从某PHEV上拆解得到,唯一的区别在于该组电池已经严重老化,该组电池在pack中的分布具体如图2所示。


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图3.电池拆解取电解液过程。


在获取自?#21830;?#30005;解液之前,作者先对电池进行了CT观察,以方便确定合适的钻孔位置。CT确定好钻孔位置后,先在方形电池和软包电池表面钻孔,倒出部分的自?#21830;?#30005;解液。随后将电池外壳拆解,取出余下的自?#21830;?#30005;解液。


表2.各种不同电池自?#21830;?#30005;解液量对?#21462;?/p>


各不同电池中自?#21830;?#30005;解液量统计如表2所示。第1组和第2组新鲜电池来自同一家企业,该?#38454;?#30005;池所含的自?#21830;?#30005;解液量最高,分别达到约32g和36g,也表明电池生产企业在工艺控制上做的不够好。第3-6组电池均从运行数年的电动汽车上拆解得到,可以看到?#30431;?#32452;电池自?#21830;?#30005;解液量差异极大:第6组软包电池自?#21830;?#30005;解液量18.4g;第4组方形电池和第5组软包电池拆开可明显观察到极片处于润湿状态,但没有电解液处于自?#21830;?#31532;3组方形电池自由电解液量也仅有3.6g。对于老化后的电池,第7组电池虽然存放过3年,但自?#21830;?#30005;解液量依然有23.7g。在整车端老化后的第3组电池四个中仅有一个还有0.8g的自由电解液,余下的三个均没有自?#21830;?#30005;解液,表明处于pack不同位置电池的老化程度也是存在差异的。从以上结果也能看出不同电池企业的生产制造工艺是存在差别的,电解液的使用量?#19981;?#26377;所不同。


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图4.第3组和第6组电池自?#21830;?#30005;解液的FTIR光谱。


一般而言,电池生产企业极少对外透?#31471;?#29992;电解液的具体组成。从MSDS提供的少量信息了解到第1组、第2组、第4组和第7组电池所用的溶剂涵盖DMC、DEC、EMC、EC和EA,均是采用LiPF6作为锂盐。为了了解第3组和第6组电池电解液信息,作者进行了FITR分析,结果如图4所示。从FITR图谱可大致了解到该?#38454;?#30005;池所用溶剂为也是常规所使用的DMC、DEC、EMC、EC体系,没有使用PC和EA。


前面提到过,作者Natalia P. Lebedeva等人一直在关注电解液泄漏的风险问题,特别是在较小密闭空间内电解液泄漏挥发造成的高浓度有毒气氛。从以上电池拆解结果来看,商业化动力电池在使用过程中依然可能存在相当量的自?#21830;?#30005;解液,如何避免电解液泄漏带来的安全风险值?#30431;?#32771;。

稿件来源: 新能源Leader
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