電池性能に対する含水量の影響

材料の種類、正極と負極の圧縮密度、水分、コーティングの表面密度、使用される電解液の量など、リチウム電池の性能に影響を与える多くの要因があります。 その中でも、水分はリチウムイオン電池の性能に重大な影響を与えます。 水分は、リチウムイオン電池の製造工程で厳密に管理する必要がある重要な要素です。 水分が多すぎると、電解液中のリチウム塩が分解するだけでなく、正極材と負極材にも影響を与えます。集電体には特定の腐食損傷効果があり、サイクル性能と安全性能の低下にもつながります。 バッテリー。 ただし、微量の水分は非常に重要です。 水分がリチウム電池の性能に与える影響については、以下で詳しく紹介します。

1. 余分な水のデメリット
三元／黒鉛系電池の製造工程において、正極スラリーの調製には、一般に油性分散系が用いられ、バインダーとしてＰＶＤＦ、溶媒としてＮＭＰが用いられる。 PVDF が過度の水分に遭遇すると、ゲル状の物質を形成し、スラリーの流動性とレベリングが低下し、スラリーのコーティングに役立ちません。 したがって、スラリーを調製する際には、原材料の水分含有量、作業環境、および人員操作中の水分の導入に注意を払う必要があります。 リチウム電池スラリーの調製に大きな影響を与えることに加えて、余分な水分は電解質の分解を引き起こします。

フッ化水素酸は特に腐食性の酸であり、リチウム電池の正と負の電極材料と集電体に重大な損傷を与える可能性があり、最終的には電池の安全性の問題につながる可能性があります。

第二に、微量水分の重要性
ただし、リチウム電池の水分は少ないほど良いです。 ご存じのとおり、固体電解質界面（通称SEI膜）は、Li+を自由に透過させ、電解質分子を透過させない選択的透過膜です。 電解質と微量添加剤の組成は、SEI フィルム形成の可能性、コンパクトさの程度、バッテリーの不可逆的な容量損失、およびバッテリーの内部抵抗に大きな影響を与えます。 電解液中の微量成分として、水はSEIフィルムの形成とリチウムイオン電池の電池性能に一定の影響を与えます。

3. リチウム電池の性能に対する水分の影響
さまざまな材料システムにおいて、水分含有量はバッテリーの性能に大きな影響を与えます。 ただし、水分がリチウム電池の初回充放電容量、内部抵抗、電池サイクル寿命、電池容量に影響を与えることは変わりません。 以下、コバルト酸リチウム・グラファイト系電池を例に説明します。

1.初回充放電容量への影響

水分は、リチウム電池の SEI の形成に関連しており、リチウム電池の最初の不可逆的な容量損失に必然的に影響します。

バッテリーの水分が 0.015% 未満の場合、バッテリーの初期放電容量は国家基準を満たし、ほとんど変化しません。 バッテリー内の水分が 0.015% から 0.04% の範囲にある場合、バッテリー内の水分の増加に伴い、バッテリーの初期放電容量が減少します。 電池内の含水率が 0.015% 未満になると、次の反応が支配的になります。

一電子還元プロセスによって生成されたアルキルリチウムカーボネートは、電解質中の微量の水と反応して、炭酸リチウムを生成することもできます。

2ROCO2 Li+H2O →Li2CO3 +CO2 +2ROH

CO2 が生成されると、新しい化学反応が負極の表面で低電位で発生します。

2CO2+2Li+ +2e →Li2CO3 +CO

適切な量の水が、Li2CO3 ベースの安定した均一で緻密な SEI 膜の形成に役立つことがわかります。 SEI フィルムが負極を完全に覆うと、不可逆反応は即座に停止します。

含水率が0.0150%～0.04%の範囲になると、リチウムイオンの消費量が増え、電池の充放電容量が低下し、電池に悪影響を及ぼします。

2. 電池の内部抵抗への影響

バッテリーの内部抵抗は、バッテリーの最も重要な特性パラメーターの 1 つです。 これは、バッテリーのサイクル寿命と動作状態を特徴付ける重要なパラメーターであり、バッテリー内のイオンと電子の透過の難しさを測定する主要な指標です。 内部抵抗は、主に電池の材料、製造プロセス、電池の構造などの要因に影響されます。 i が小さいほど