动力电池失效机理.doc

动力电池失效机理电解液作为电池的重要组成部分, 它的组成、浓度、数量的多少以及杂质的种类和数量都将对电池的性能产生至关重要的影响。它直接影响电池的容电量、内阻、循环寿命、内压等性能。通过对比发现, 电解液一般采用大约 6mol/l 的 KOH 溶液( 也有以一定 NaOH 代替 KO H 的) ,当然电解液中也有加入少量其他成分如 LiOH 等的,但对一些杂质诸如碳酸盐、***化物、硫化物等均要求较高。电池的正、负极片只有在电解液中才能发生电化学反应。对于一颗封口的成品电池来说, 其中的空间是一定的。若电解液太多, 会造成封口气室空间变小而使电池在充放电过程中的内压上升; 另一方面, 电解液太多造成堵塞隔膜孔, 阻止了氧气的传导, 不利氢气迅速复合, 也会使电池的内压上升并可能氧化极片致使极片钝化, 容量下降, 内压的上升可能造成电池漏液、爬碱、使得电池失效。但若电解液太少, 会使得极片不能完全浸渍到电解液, 从而电化学反应不完全或者说极片的某些部分不能发生电化学反应, 使得电池容量达不到设计要求, 内阻变大, 循环寿命变短。通常电解液主要使用 KOH 不是 NaOH , 其主要原因在于 KOH 的比电导较 NaOH 为高,并且在 KOH 溶液中加入少量 LiOH 以提高电池的放电容量。现在有必要探讨一下电解液中杂质及 LiOH 对电池性能的影响: 在长期充放电过程中, Ni(OH)2 的颗粒会逐渐变粗, 使充电困难。原因则是温度过高, 电解液浓度大以及有金属杂质存在。当加入 LiOH 时,它能吸附在活性物质颗粒周围,防止颗粒增大,使其保持高度分散状态。但加入 LiOH 不宜过多, 否则会影响电活化进程。一般认为铁会降低析氧过电压, 使电池充电效率下降, 碳酸盐在电极表面会生成薄膜, 使电池内阻增大; 硫化物会形成树枝状生成物, 造成电池短路; 硅酸盐可使电极容量损失; ***化物则造成电极腐蚀; 而有机化合物却会增加自放电效应及发生副反应等。因此必须控制电解液中的杂质含量。最后,还必须注意电解液的浓度,以减少浓差电阻。为何电池在贮存和使用过程中(循环)会出现内阻升高和放电容量降低以及充电效率降低呢? 我认为其中的原因是多方面的: 首先, 添加剂 Co 在贮存和使用过程中会往极片的深层扩散或者说迁移, 从而导致极片表面的 Co 含量降低,从而使得极片表面的接触电阻增大(表现为内阻上升) ,从而降低充电效率和析氧过电位,最终导致放电容量下降。其次,在循环过程中,极片被电解液腐蚀,导致极片粉末松散、脱落或者说接触不好(粒子与粒子、粒子与基材之间)导致内阻升高,以及过度充/ 放电致使极片受到损伤。其三,可能是由于极片膨胀,把隔膜中的