锂离子电池析锂原因解析

摘要

锂离子电池析锂是指在特定条件下，电池负极表面出现锂金属析出的现象。这种情况通常发生在一些异常情况下，例如低温环境，或者电池经历多次充电、受到外部力的影响时。此时，从正极释放的锂离子（Li+）无法正常嵌入负极，最终只能在负极表面析出，形成一层灰色的金属锂，这一现象称为析锂。

Li+发生不可逆的反应形成金属锂

简单来说，当外部电源给锂离子电池充电时，正极的电子会通过电路流向负极。同时，锂离子（Li+）从正极“跳入”电解液，然后通过隔膜上弯曲的小孔“游泳”到达负极。

在这个过程中，如果电解液中锂离子的扩散速度超过了它们嵌入石墨的速度，就会导致越来越多的锂在石墨表面堆积。这会使负极的电位接近锂析出的临界点，最终导致锂在负极表面沉积并不断增长。

这种生长后的金属锂通常呈现为树枝状的结晶结构，称为锂枝晶。

锂表面的枝晶

锂枝晶的生长会影响电池性能，限制电池容量。此外，它们还可能刺破隔膜，导致锂离子电池内部发生微短路。这种微短路通常会引起电池温度迅速升高。在高温下，隔膜可能会熔化、收缩或破损，从而导致真正的电池短路，几乎在同一瞬间，引发火灾或爆炸。

因为析锂在锂离子电池充电时发生，这也是电池在充电过程中可能引发起火和爆炸的主要原因之一。

● 锂电池析锂的原因

一、负极容量不足

N/P比值是锂离子电池中正极容量与负极容量的比率，也称为电池平衡（CB）值。当N/P（CB）值较小，尤其是负极容量设计低于正极容量时，负极就没有足够的空间来容纳锂的嵌入，最终只能在负极表面还原。此外，若负极极片表面涂层不均匀、漏涂或有划痕等问题，也会影响锂电的N/P值，从而导致析锂现象的发生。

二、嵌锂过程中的路径异常

极片内部结构设计不合理、隔膜褶皱、电芯变形、内部气泡以及化成工艺未加压等情况，都会导致锂离子在负极出现析锂现象。

三、负极表面SEI膜异常导致析锂

电解液选择不当：若电解液与正负极材料不匹配，可能导致石墨表面的SEI膜过厚。

工艺不合理：例如石墨极片的压实密度过高，电解液无法完全润湿，导致锂离子无法嵌入；电解液中水分含量超标，水分会与电解液反应，破坏SEI膜；电解液用量不足或与活性材料不兼容；化成工艺不达标或未经过化成直接分容。

四、电池使用阶段的析锂

不当使用会导致电池受外力变形；在高温使用或储存过程中，产生过多气体，使负极表面充满气体，失去嵌锂通道。

简单来说，负极析锂一般满足以下两个条件：

热力学：负极电位低于0V。

动力学：随着充放电倍率的提高，或锂离子在固相内的扩散速率降低，锂会在负极表面沉积。

常见的正极材料在100%嵌锂时，其电位通常都在3V以上，几乎不可能达到0V，因此不满足锂离子还原为锂金属的热力学条件，这意味着正极不会发生析锂现象。

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