磷酸鐵鋰電池生產(chǎn)過程的失效原因

　　在生產(chǎn)過程中，人員、設(shè)備、原料、方法、環(huán)境是影響產(chǎn)品質(zhì)量的主要因素，在LiFePO4動(dòng)力電池的生產(chǎn)過程中也不例外，人員和設(shè)備屬于管理的范疇，因此我們主要討論后三個(gè)影響因素。

　　電極活性材料中的雜質(zhì)對(duì)電池造成的失效：LiFePO4在合成的過程中，會(huì)存在少量的Fe?O?、Fe2P、Fe、Fe4(P2O7)3等雜質(zhì)，這些雜質(zhì)會(huì)在負(fù)極表面還原，有可能會(huì)刺穿隔膜引發(fā)內(nèi)部短路。LiFePO4長時(shí)間暴露于空氣中，濕氣會(huì)使電池發(fā)生惡化，發(fā)生老化機(jī)理：老化初期材料表面形成無定型磷酸鐵，其局部的組成和結(jié)構(gòu)都類似于LiFePO4(OH);隨著OH的嵌入，LiFePO4不斷被消耗，表現(xiàn)為體積增大;之后再結(jié)晶慢慢形成LiFePO4(OH)。而LiFePO4中的Li3PO2，雜質(zhì)則表現(xiàn)為電化學(xué)惰性。石墨負(fù)極的雜質(zhì)含量越高(主要是Al和Fe)，造成的不可逆的容量損失也越大(可逆容量損失越小)。

　　化成方式對(duì)電池造成的失效：活性鋰離子的不可逆損失首先體現(xiàn)在形成固體電解質(zhì)界面膜(SEl膜)過程中消耗的鋰離子。研究發(fā)現(xiàn)升高化成溫度會(huì)造成更多的不可逆鋰離子損失，因?yàn)樯呋蓽囟葧r(shí)，SEl膜中的無機(jī)成分所占比例會(huì)增加，在有機(jī)成分ROCOLi到無機(jī)成分LiCO，的轉(zhuǎn)變過程中釋放的氣體會(huì)造成SEI膜更多的缺陷，通過這些缺陷溶劑化的鋰離子會(huì)大量嵌入石墨負(fù)極。在化成時(shí)，小電流充電形成的SEl膜的組成和厚度均勻，但耗時(shí);大電流充電會(huì)造成更多的副反應(yīng)發(fā)生，造成不可逆鋰離子損失加大，負(fù)極界面阻抗也會(huì)增加，但省時(shí);現(xiàn)在使用較多的是小電流恒流-大電流恒流恒壓的化成模式，這樣可以兼顧兩者的優(yōu)勢(shì)。利用電化學(xué)方法進(jìn)一步證明了電池的活化影響SEI膜的穩(wěn)定性，SEI膜穩(wěn)定性越高，電池的自放電率就越低。

　　生產(chǎn)環(huán)境中的水分對(duì)電池造成的失效：在實(shí)際生產(chǎn)中，電池不可避免地會(huì)接觸空氣，由于正負(fù)極材料大都是微米或納米級(jí)的顆粒、而電解液中溶劑分子存在電負(fù)性大的羧基和亞穩(wěn)定態(tài)的碳碳雙鍵，都容易吸收空氣中的水分。水分子和電解液中的鋰鹽(尤其是LiPF6)發(fā)生反應(yīng)，不僅分解消耗了電解質(zhì)(分解形成PF5)，還會(huì)產(chǎn)生酸性物質(zhì)HF。而PF5和HF都會(huì)破壞SEI膜叭，HF還會(huì)促進(jìn)LifePO4活性物質(zhì)的腐蝕。水分子還會(huì)使嵌鋰的石墨負(fù)極部分脫鋰，在SEI膜底部形成氫氧化鋰網(wǎng)。

　　另外，電解液中溶解的O2也會(huì)加速LiFePO4電池的老化。

　　在生產(chǎn)過程中，除了生產(chǎn)工藝影響電池性能以外，造成LiFePO4動(dòng)力電池失效的主要影響因素包括原材料中的雜質(zhì)(包含水)和化成的過程，因此材料的純度、環(huán)境濕度的控制、化成的方式等因素顯得至關(guān)重要。