软包锂电池胀气的原因有哪些？电池胀气产生的原因掌握抑制胀气方法

随着智能手机和其他智能用电设备越来越向薄型、小型化发展，对电池的能量密度提出更高要求，电池的尺寸空间也越来越小，软包装锂离子电池稍有气胀现象就会影响用电器使用，降低电池性能，严重时将会撑破包装铝箔，造成漏液腐蚀危险，因此了解电池胀气产生的原因掌握抑制胀气方法，对保证电池性能，提高其循环寿命及安全性能有重要意义。对软包装锂离子电池生产过程中的胀气类型及原因进行了分析，并从材料体系优化及工艺控制等方面给出了抑制产气发生的相关措施，对软包装锂离子电池的制程优化和产品品质提升具有重要意义。

软包锂电池胀气的原因

聚合物锂离子电池芯采用的是铝塑複合膜的包装技术，当电池芯内部由于异常化学反应的发生而产生气体时，Pocket会被充起，电池芯鼓胀（有轻微鼓胀和严重鼓胀两种情况），且不论外观如何，电池芯的使用性能（Capacity、Cycle life、C-rate等）会发生严重的失效，导致电池芯不能使用。胀气会发生在生产过程中也会在客户甚至最终用户手中。当然，电池芯在化成启动或Baking过程中会正常的产生一定量（一般很少）的气体，这根据所使用的原材料而异，这种气体在Degassing工序会被抽掉。

目前部分Model（一次封装成型电池芯）通过添加V18溶剂来消除这种SEI层形成、相介面稳定时所产生的气体。 但是由于工序异常所产生的气体在Degassing前表面非常明显或者Degassing后产生不能再消掉或者添加V18也不能消除。

这里简要介绍工序异常产生气体的原因：

1.封装不良，由封装不良所引起胀气电池芯的比例已经大大地降低。前面已经介绍了引起Top sealing、Side sealing和Degassing三边封装不良的原因，任何一边封装不良都会导致电池芯，表现以Top sealing 和Degassing居多，Top sealing主要是Tab位密封不良，Degassing主要是分层（包括受电解液和凝胶影响导致PP与Al脱离）。封装不良引起空气中水分进入电池芯内部，引起电解液分解产生气体等。

2.Pocket表面破损，电池芯在流拉过程中，受到异常损坏或人为破环导致Pocket破损（如针孔）而使水分进入电池芯内部。

3.角位破损，由于折边角位铝的特殊变形，气袋晃动会扭曲角位导致Al破损（电池芯越大，气袋越大，越易破损），失去对水的阻隔作用。可以在角位加皱纹胶或热熔胶缓解。并且在顶封后的各工序禁止拿气袋移动电池芯，更要注意操作方式防止老化板上电芯池的摆动。

4.电池芯内部水含量超标，前面我们已经介绍过对电池芯内水含量有一定的要求，一旦水含量超标，电解液会失效在化成或Degassing后产生气体。造成电池内部水含量超标的原因主要有：电解液水含量超标，Baking后裸电芯水含量超标，乾燥房湿度超标。若怀疑水含量超标导致胀气，可进行工序的追溯检查。

5.化成流程异常，错误的化成流程会导致电池芯发生胀气。

6.SEI膜不稳定，电池芯在容量测试充放电过程中发射功能轻微胀气。

7.过充、过放，由于流程或机器或保护板的异常，使电池芯被过充或过度放电，电池芯会发生严重鼓气。

8.短路，由于操作失误导致带电电芯两Tab接触发生短路，电池芯会发生鼓气同时电压迅速下降，Tab会被烧黑。

9.内部短路，电池芯内部阴阳极短路导致电芯迅速放电发热同时严重鼓气。内部短路的原因有很多种：设计问题；隔离膜收缩、捲曲、破损；Bi-cell错位；毛刺刺穿隔离膜；夹具压力过大；烫边机过度挤压等。例如曾经由于宽度不足，烫边机过度挤压电芯实体导致阴阳极短路胀气。

10.腐蚀，电池芯发生腐蚀，铝层被反应消耗，失去对水的阻隔作用，发生胀气。

11.真空抽气异常，系统或机器的原因导致真空度异常Degassing抽气不彻底；Vacuum Sealing的热辐射区过大，导致Degassing抽气刺刀不能有效地刺破Pocket袋而导致抽气不乾淨。

抑制异常产气的措施

在正常电压范围内，产气量较少，而且大多为碳氢化合物，当有异常产气发生时，会产生大量气体，破坏电极界面结构，导致电解液分解失效，严重时冲破封装区造成漏液，腐蚀危险。抑制异常产气需要从材料设计和制造工艺两方面着手。

首先要设计优化材料及电解液体系，保证形成致密稳定的SEI膜，提高正极材料的稳定性，抑制异常产气的发生。

针对电解液的处理常常采用添加少量的成膜添加剂的方法使SEI膜更均匀、致密，减少电池在使用过程中的SEI膜脱落和再生过程产气导致电池鼓胀，相关研究已有报道并在实际中得到应用，如哈尔滨理工大学的成夙等报道，使用成膜添加剂VC可以减少电池气胀现象。但研究多集中在单组分添加剂上，效果有限。华东理工大学的曹长河等人，采用VC与PS复合作为新型电解液成膜添加剂，取得了很好的效果，电池在高温搁置和循环过程中产气明显减少。研究表明，EC、VC形成的SEI膜组分为线性烷基碳酸锂，高温下附在LiC的烷基碳酸锂不稳定，分解生成气体（如CO2等）而产生电池鼓胀。而PS形成的SEI膜为烷基磺酸锂，虽膜有缺陷，但存在着一定的二维结构，附在LiC高温下仍较稳定。当VC和PS复合使用时，在电压较低时PS在负极表面形成有缺陷的二维结构，随着电压的升高VC在负极表面又形成线性结构的烷基碳酸锂，烷基碳酸锂填充于二维结构的缺陷中，形成稳定附在LiC具有网络结构的SEI膜。此种结构的SEI膜大大提高了其稳定性，可以有效抑制由于膜分解导致的产气。

此外由于正极钴酸锂材料与电解液的相互作用，使其分解产物会催化电解液中溶剂分解，所以对于正极材料进行表面包覆，不但可以增加材料的结构稳定性，还可以减少正极与电解液的接触，降低活性正极催化分解所产生的气体。因此，正极材料颗粒表面形成稳定完整的包覆层也是目前的一大发展方向。

其次要严格控制制造工艺过程参数，保证封装可靠性，防止电池内部水分过量引起的胀气，控制方法如下：

（1）电芯卷绕完成后干燥充分，防止膜片中水分含量超标；

（2）严格控制真空烘烤后电芯到注液时间及干燥房湿度；

（3）保证注液手套箱密封性；

（4）控制电解液中水分和游离酸含量；

（5）规范电解液存储环境及密封条件，防止电解液在使用及存放过程中进入过量水分；

（6）采用闭口加压化成或者外置气囊化成后抽真空封口排气；

（7）采用多步化成和高温搁置工艺，保证产气完全；

（8）提高封装可靠性。

胀气的产生主要有正常化成产气和异常产气，要想抑制电池后期的异常产气，需要从材料设计优化和工艺控制两方面着手；选用具有稳定完整包覆层的正极材料，阻隔电解液与正极反应分解，匹配具有成膜添加剂的电解液，有效保证SEI膜的稳定性是抑制产气发生的前提，工艺过程中要保证封装可靠性，加强控制水及氧气等体系敏感物质进入电池内部是有效解决电池胀气的途径。

、导电连接片焊接组合效果分析

    选择好导电连接片后，需要解决的重要步骤是把电池单体与连接片可靠地焊接起来，而实际焊接效果与A：脉冲焊接功率；B：焊接压力；C：脉冲个数；D：电池及焊片可焊性 这四个主要因素有关。上述四个因素除去最后一个可焊性因素后，余下的三个因素皆为焊接设备因素；因此，采用脉冲功率余量较大同时具备宽范围功率参数调节的焊机；焊机具备焊针压力调节器的；焊机焊接脉冲个数可调的（从单个～群脉冲）这样的精密脉冲焊接设备。目前市面上具备上述功能产品只有SUNKKO 788H、709、719、797的型号。下面，我们对不同电池极片+连接片组合作焊接效果分析。

组合①、采用纯镍片与优质电池极片（镍基不锈钢引出极）的点焊连接效果通常较为良好，原因是焊片与工件的焊接共熔特性一致，点焊时容易金属同质共熔，熔池均匀，这是焊点可靠性最高的。

组合②、采用纯镍片与低质电池极片（铁镀镍材料极）的点焊连接效果会差一些，原因是焊片与工件的焊接共熔特性不一致，点焊时造成非同质共熔导致熔池（熔点）合金晶体的形成这样的熔点会变硬和脆裂，难以经受较高的抗拉和抗震作用，这种情况下需要高功率双脉冲焊接设备（例如SUNKKO 788H或709AD)来解决部分不足。

组合③、采用镀镍铁片与低质电池极片（铁镀镍材料极）的点焊连接效果最差，原因是焊片与工件的焊接时，由于双方基材实际都是软铁片。当点焊时出现的瞬间高温使连接片和电池极片迅速下陷变形，导致焊片与工件间压力即时降低，未能形成良好共熔的效果，焊点很容易出现虚焊，这需要选用带焊针压力调节的焊机解决。（SUNKKO “7”系列焊机均具备专业机所配置的焊针压力调节器）

八、镀镍铁片连接片的使用及焊接技巧、存放要求：

A、铁镍片的使用和焊接技巧

    镀镍铁片作为替代纯镍连接片，其具有价格低廉，采购方便等特点。铁镍片电阻偏高问题可选用增大截面积（即加宽或加厚）来补偿。但是，铁镍片另一缺点是焊点容易变脆。从而影响施焊后的连接抗拉强度，这是值得重视的。发生焊点变脆的根本原因之一在于铁片中杂质较多，如碳、氢等容易与铁生成化合物使铁片变硬变脆；原因之二是铁片在快速升降温的焊接中等同钢铁热处理“淬火”一样，点焊后往往使焊点周边变硬变脆。要解决焊后变脆问题，在选用脉冲焊机及焊接工艺上可采用一些技巧：

①选购铁镍连接片时要选择最软的。因为越软的铁片其铁内杂质越少，焊点变硬情况会不那么严重。所以软镀镍铁片要比硬镀镍钢带质量好。

②选用带双脉冲或脉冲群功能的点焊机。如SUNKKO 788H、709、719等型号。因为双脉冲或多脉冲（群）能通过延长焊接能量时间来缓冲焊点温度的下降时间。从而达到减慢“淬火”速度，使焊点变脆得到控制。

③点焊时保持一定的焊针压力和施压时间，在焊机放电后依然保持约0.5S才放开，以减少焊点部分的应力急剧下降。

④注意不要用较尖的焊针，即应让焊针尖有一定直径。如0.6～0.8mm（可使用SUNKKO S-30电动磨针机对焊针尖进行研磨修理至合适直径），较大的焊点直径可降低局部变硬程度。

⑤为预防有可能出现的焊点脱裂，可以采用增加焊点作加强施焊。

B、铁镍片的存放注意：

    由于铁的化学活泼性比镍要强得多，故为防止铁片氧化生锈才在其表面作镀镍作防护处理，但工厂在生产镀铁连接片时，一般都是一整卷宽幅电镀，镀后再根据用户尺寸需求来分条至窄带卷料，分条切口（卷料两侧）就不会有镍层防锈。当接触到潮湿空气或手汗污染后就很快生锈。所以在运输或存放过程中应注意防潮，使用时尽量带手套再触摸片材，同时应尽快焊完。

九 、综合意见：

①组装的电池组输出电流超过10A和工作时电池组震动的，如电动车、电动工具，建议采用镀镍铜片纯镍导电片；

②当组装高电压的串联电池组时，建议采用纯镍或较厚（0.2~0.3mm）优质镀镍铁导电片；

③当组装要求不高的并联产品电池组，如移动电源时，建议采用低成本的优质软铁镀镍片；

④当组装聚合物原始电芯时，其正极须使用铝镍复合导电片作铝-镍转换工艺。厚度根据电池正极片厚度而定；

⑤当使用国产低端电芯（18650），应使用优质导电片配合高功率双脉冲点焊机。例如SUNKKO 788H、709、719型号焊机。

⑥电池组由于供电电路异常而导致的超大电流，如负载具有高信率起动电流而电池保护板过电流保护又未到保护值时，为防止大电流流过导电连接片发热甚至起火，在选择导电连接片时一般适宜用厚度0.15mm以上或宽度在8mm~10mm以上的，以策安全。

⑦组装并串联电池时，必须把并连接片与串联连接片分别选择。例如：串联片的截面尺寸应该是并联片截面尺寸的N倍，N为电池串联组数。

⑧当出现上述第五条第③点的镀镍贴片与质量差的镀镍电池极片难以焊牢或焊牢后容易扯掉（抗拉强度差）情况时。建议选用0.15mm以下厚度，但足够宽度（6～10mm）的连接片，同时点焊前应把焊针研磨较尖（0.6～0.8mm），适当地把针压力调到300～450g之间，焊接模式选用双脉冲能量，放电功率的数调到40～60之间试焊接，应能获得较好焊接效果。目前在低端电池组的组装中大量出现上述的难以焊牢或抗拉力差情况，而除了选好连接片质量厂家时，更要脉冲焊机优异性能的保证。本公司的“7”系列精密脉冲焊机均能很好地解决上述焊接问题。

⑨当用户自己由于经验不足或实验条件不具备时，对所选择的连接片不确定或未能获得良好焊接效果的SUNKKO的工程人员可为阁下提供技术支持服务。直到客户目的达到为止。

⑩建议选购本公司代理的国产优质导电连接片，质量保证而价格低廉，我们的目的只是配套用户，使用户获得良好的产品组装质量。绝非赚钱，更绝非劣质，我们接受用户对此产品的考验。

十、如何用简易快速办法分辨纯镍和镀镍铜片、镀镍铁片？

   由于金属镍属于较贵金属材料，而金属镍同样属于铁磁材料类型，纯镍和镀镍铁片同样吸引磁铁，故不能采用磁铁来分辨纯镍和镀镍铁。故市场上较多商户为赚取高额利润而往往用镀镍铁片来蒙骗不明白用户，导致用户损失严重，以下方法能基本粗略为客户分辨连接片的材质。

1、色泽辨别法：用较锋利刀片在连接片上刮削约5～8下，观察连接片被刮削表面颜色。若显现金黄或金红色的，该连接片为镀镍铜片。

2、比重法：同尺寸体积情况下，纯镍连接片与镀镍铁连接片约是1.15倍。即镍比镀镍铁重，用电子称容量分辨。

3、化学辨别法：取玻璃茶杯一只，放半茶匙精食盐后倒入温水开成盐水，把连接片剪开几片后放入，静置四-五小时观察盐水颜色。变浅绿色的为镀镍铜片；变黄色的为镀镍铁片；不变色的或微变黄色的为纯镍片（纯镍片因不同纯度等级而少量含铁等杂质）

4、电阻测量法：取数米长（以万用表电阻档能测出电阻值为参考）采用4位数字万用表（能最小分辨0.01Ω），测量该段连接片的电阻值，比较相同厚度、宽度和长度而不同种类之连接片，电阻值最小的为纯镍片，电阻值大的为镀镍片。镀镍铁片与纯镍片的电阻值倍数约为1.4倍。

5、目测分辨法：纯镍片制造过程无须电镀，因此其表面较为平整光滑，但色泽稍偏暗哑；而镀镍片经电镀工艺，其表面呈现微砂纹，同时有较闪亮的银白色泽。

电动汽车需要功能强大、重量轻、价格实惠的电池。最好的选择是商业化的锂离子电池——它们相对紧凑和稳定。但它们仍过于笨重和昂贵，无法广泛使用。

二十年来，可充电锂离子电池的性能稳步提高。电池组所储存的能量是原来的三倍多，从每升200瓦时(Wh - 1)增加到700瓦时(Wh - 1)；成本也下降了30倍，降至每千瓦时150美元左右。但是，这仍高于美国能源部设定的每千瓦时100美元的负担能力目标。一辆电动汽车(50-100千瓦时)仍需要负载重达600公斤左右的电池，占用500升空间。

另一方面，随着传统技术接近基本极限，技术进步的步伐正在放缓，因为在电极材料晶体结构的间隙中可以储存的电荷量已接近理论最大值。研究人员预计，接下来市场的增长，并不会大幅降低价格——因为市场已经很大了。

研究人员警告说，必须尽快找到钴、镍和其他稀有金属的替代品，以满足电动汽车电池日益增长的需求，因为它们的稀缺正在推高价格:在过去两年中，钴、镍和其他稀有金属的价格翻了两番，从每公斤22美元涨到了每公斤81美元。

汽车制造商和政府预计，到2025年，每年将生产1000万到2000万辆电动汽车。如果每个汽车电池需要10公斤的钴，到2025年，电动汽车每年需要10-20万吨的钴——这是世界目前产量的大部分。同样地，每年需要40-80万吨镍，占今天所用金属的20-40%。当卡车、公共汽车、飞机和船只改用电池供电时，还需要更多的电力。

如果没有任何变化，20年内需求将超过产量。我们预计钴的价格将在2030年前上涨，镍的价格将在2037年或更早的时候上涨。

到2050年，每年生产5000万到8000万辆电动汽车将需要50万到80万吨钴。而从2030年开始，这将远远超过目前的采矿能力。同样，到2050年，镍的需求量将增加2-3倍。到本世纪30年代中期，镍的短缺将很明显。

而一旦供应达到峰值，电动汽车电池的价格可能会上涨超过1000美元。

锂离子电池通过在两个电极之间移动锂离子来工作，从阳极流向阴极的离子会产生放电电流，为汽车提供动力。而当电池充电时，锂离子会回流。

在如今用于电动汽车的商用电池中，锂离子被保存在构成电极的晶体中的微小空隙中(这些晶体被称为插层电极)。阳极通常由石墨制成，阴极由金属氧化物制成。用于电极的材料，特别是稀有金属，如钴和镍，既稀有又昂贵。目前最有希望的替代方法是在电极中使用转换材料，用铜、铁、氟化物和硅与锂离子发生反应。通过转换阴极中的过渡金属，电池可以容纳比标准阴极多6倍的锂原子。