NCM111锂电池循环过程中产气机理

与其他种类电池相比,锂离子电池有更高的电压特性,使得它的能量密度也远高于其他种类电池,这主要是因为该电池正极电势较高、负极电势较低的原因。然而,不幸的是,在能量密度提升的同时,电解液的稳定性明显降低,易与电极材料发生分解反应,产生大量气体,内压升高,电池安全隐患增大。

俄罗斯唐州工业大学的N. Е. Galushkin课题组对NCM111锂电池循环过程中产气机理的分析。

锂电池图片

为了区分正负极材料产生气体的不同,研究者制作了一个具有双腔室的锂离子电池,NCM111正极、石墨负极分别位于其中的一个腔室,中间采用具有导通Li+功能的玻璃隔开,电解液用1.5M LiPF6的EC溶液。

NCM111锂电池在2.6-4.2V之间进行了四次循环,从开始充电到电压达到4.0V这一范围内,负极的乙烯浓度出现了快速增长,达到了10umol/m2,这主要是因为SEI膜形成,EC溶剂发生分解导致的,在电压达到4.0V以后,乙烯浓度的上升速度要明显变慢,这表明SEI膜的成膜过程基本结束。

H2浓度虽电压从充电开始到4.0V时增长较快,浓度达到了2.4umol/m2,主要产于电解液中残留的水分。

CO2在电池电压达到4.0V之前浓度很低,4.0V以后开始增加,主要来自于正极表面Li2CO3的分解。但在循环过程中的CO2持续产生,而不能观测到O2的释放,所以这一反应机理并不能完全解释CO2的产生机理。研究者认为CO2还有可能因为电解液分解产生的CO在Li2CO3等成分的催化下与水反应生成的。

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