磷酸铁锂电池生产过程的失效原因

时间： 2024-06-26 来源：格瑞普官网

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在生产过程中，人员、设备、原料、方法、环境是影响产品质量的主要因素，在LiFePO4动力电池的生产过程中也不例外，人员和设备属于管理的范畴，因此我们主要讨论后三个影响因素。

电极活性材料中的杂质对电池造成的失效：LiFePO4在合成的过程中，会存在少量的FeO、Fe2P、Fe、Fe4(P2O7)3等杂质，这些杂质会在负极表面还原，有可能会刺穿隔膜引发内部短路。LiFePO4长时间暴露于空气中，湿气会使电池发生恶化，发生老化机理：老化初期材料表面形成无定型磷酸铁，其局部的组成和结构都类似于LiFePO4(OH)；随着OH的嵌入，LiFePO4不断被消耗，表现为体积增大；之后再结晶慢慢形成LiFePO4(OH)。而LiFePO4中的Li3PO2，杂质则表现为电化学惰性。石墨负极的杂质含量越高(主要是Al和Fe)，造成的不可逆的容量损失也越大(可逆容量损失越小)。

图 1

化成方式对电池造成的失效：活性锂离子的不可逆损失首先体现在形成固体电解质界面膜(SEl膜)过程中消耗的锂离子。研究发现升高化成温度会造成更多的不可逆锂离子损失，因为升高化成温度时，SEl膜中的无机成分所占比例会增加，在有机成分ROCOLi到无机成分LiCO，的转变过程中释放的气体会造成SEI膜更多的缺陷，通过这些缺陷溶剂化的锂离子会大量嵌入石墨负极。在化成时，小电流充电形成的SEl膜的组成和厚度均匀，但耗时；大电流充电会造成更多的副反应发生，造成不可逆锂离子损失加大，负极界面阻抗也会增加，但省时；现在使用较多的是小电流恒流-大电流恒流恒压的化成模式，这样可以兼顾两者的优势。利用电化学方法进一步证明了电池的活化影响SEI膜的稳定性，SEI膜稳定性越高，电池的自放电率就越低。

生产环境中的水分对电池造成的失效：在实际生产中，电池不可避免地会接触空气，由于正负极材料大都是微米或纳米级的颗粒、而电解液中溶剂分子存在电负性大的羧基和亚稳定态的碳碳双键，都容易吸收空气中的水分。水分子和电解液中的锂盐(尤其是LiPF6)发生反应，不仅分解消耗了电解质(分解形成PF5)，还会产生酸性物质HF。而PF5和HF都会破坏SEI膜叭，HF还会促进LifePO4活性物质的腐蚀。水分子还会使嵌锂的石墨负极部分脱锂，在SEI膜底部形成氢氧化锂网。

另外，电解液中溶解的O2也会加速LiFePO4电池的老化。

在生产过程中，除了生产工艺影响电池性能以外，造成LiFePO4动力电池失效的主要影响因素包括原材料中的杂质(包含水)和化成的过程，因此材料的纯度、环境湿度的控制、化成的方式等因素显得至关重要。

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