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一、析鋰的基本概念

鋰離子電池析鋰是指在特殊條件下，電池中的鋰金屬在負(fù)極表面析出的現(xiàn)象。當(dāng)一些異常狀況發(fā)生、如在低溫環(huán)境下，或當(dāng)電池被重復(fù)充電或受到外界力量作用時，造成從正極脫嵌的Li+無法正常嵌入負(fù)極的話，那么Li+就只能析出在負(fù)極表面，從而形成一層灰色的金屬鋰，這就叫做析鋰。

Li+發(fā)生不可逆的反應(yīng)形成金屬鋰

通俗的講，當(dāng)外電源給鋰離子電池充電時，正極上的電子e從通過外部電路跑到負(fù)極上，Li+從正極“跳進(jìn)”電解液里，“爬過”隔膜上彎彎曲曲的小洞，“游泳”到達(dá)負(fù)極，與早就跑過來的電子結(jié)合在一起。當(dāng)電解液的Li+擴(kuò)散速率大于其插入石墨的速率，導(dǎo)致越來越多的鋰在石墨表面堆積，使得負(fù)極電位接近鋰析出的電位，從而導(dǎo)致鋰在負(fù)極沉積并長大。

這種長大后的金屬鋰后通常呈現(xiàn)為樹枝狀結(jié)晶，被稱為鋰枝晶。

鋰表面的枝晶

鋰枝晶的生長不僅會降低電池性能，限制電池容量，還可能刺破隔膜，造成鋰離子電池的內(nèi)部的微短路，微短路往往造成電池溫度急劇升高。在高溫情況下隔膜又會發(fā)生熔化，收縮和破損，于是真正的電池短路來了，幾乎同一個瞬間也伴隨著電池的著火和爆炸。

因為析鋰發(fā)生在鋰離子電池充電過程，這也是鋰離子電池在充電情況下，可能引起電池的起火和爆炸的主要原因之一。

二、鋰電池析鋰的原因

一． 負(fù)極容量不夠

N/P值是鋰離子電池中正極容量與負(fù)極容量之比，也稱為電池平衡（CB）值。N/P（CB）值小，比如說設(shè)計時負(fù)極的容量低于正極的容量，造成負(fù)極沒有足夠的位置容納鋰的嵌入；最終只能在負(fù)極表面還原。類似的道理：工藝上負(fù)極極片表面敷涂不均勻，漏涂負(fù)極面，極片表面劃痕等情況的出現(xiàn)，都會影響鋰電（或者局部）N/P值的變化，進(jìn)而造成析鋰的出現(xiàn)。

二．嵌鋰過程中路徑異常

極片內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計不合理，隔膜褶皺，電芯變形，電芯內(nèi)部有氣泡，化成工藝中未加壓等情況均會造成鋰離子在負(fù)極表現(xiàn)析鋰。

三． 負(fù)極表面的SEI膜異常造成析鋰

1. 電解液選擇的不合理：電解液和正負(fù)極材料不匹配導(dǎo)致石墨表面形成的SEI膜過厚。

2. 工藝上的不合理：石墨極片的壓實密度過高，電解液濕潤不完全，造成極片內(nèi)部無法嵌入鋰離子；電解液中水分含量超標(biāo)，水會與電解液反應(yīng)破壞SEI膜；電解液注液量不足或者電解液與活性材料不相容；化成工藝不符合要求或者未經(jīng)過化成直接分容。

四、電池使用階段析鋰：

使用的不當(dāng)，電池受到外力作用變形；高溫使用和儲存過程中導(dǎo)致產(chǎn)氣過多，負(fù)極表面充有氣體，失去嵌鋰通道；

簡單來說負(fù)極的析鋰一般的滿足兩個條件：

熱力學(xué)：負(fù)極電位＜0V。

動力學(xué)：充放電倍率的提高或者鋰離子在固相內(nèi)的擴(kuò)散速率降低，導(dǎo)致鋰沉積在負(fù)極表面。

常見正極材料100%嵌鋰的電位都在3V以上，幾乎無法達(dá)到0V，所以不滿足鋰離子還原為鋰金屬的熱力學(xué)條件，即正極不會發(fā)生析鋰。