一、析锂的基本概念

 

锂离子电池析锂是指在特殊条件下，电池中的锂金属在负极表面析出的现象。当一些异常状况发生、如在低温环境下，或当电池被重复充电或受到外界力量作用时，造成从正极脱嵌的Li+无法正常嵌入负极的话，那么Li+就只能析出在负极表面，从而形成一层灰色的金属锂，这就叫做析锂。

 

Li+发生不可逆的反应形成金属锂

 

通俗的讲，当外电源给锂离子电池充电时，正极上的电子e从通过外部电路跑到负极上，Li+从正极“跳进”电解液里，“爬过”隔膜上弯弯曲曲的小洞，“游泳”到达负极，与早就跑过来的电子结合在一起。当电解液的Li+扩散速率大于其插入石墨的速率，导致越来越多的锂在石墨表面堆积，使得负极电位接近锂析出的电位，从而导致锂在负极沉积并长大。

 

这种长大后的金属锂后通常呈现为树枝状结晶，被称为锂枝晶。

 

锂表面的枝晶

 

锂枝晶的生长不仅会降低电池性能，限制电池容量，还可能刺破隔膜，造成锂离子电池的内部的微短路，微短路往往造成电池温度急剧升高。在高温情况下隔膜又会发生熔化，收缩和破损，于是真正的电池短路来了，几乎同一个瞬间也伴随着电池的着火和爆炸。

 

 

因为析锂发生在锂离子电池充电过程，这也是锂离子电池在充电情况下，可能引起电池的起火和爆炸的主要原因之一。

 

二、锂电池析锂的原因

 

一． 负极容量不够

 

N/P值是锂离子电池中正极容量与负极容量之比，也称为电池平衡（CB）值。N/P（CB）值小，比如说设计时负极的容量低于正极的容量，造成负极没有足够的位置容纳锂的嵌入；最终只能在负极表面还原。类似的道理：工艺上负极极片表面敷涂不均匀，漏涂负极面，极片表面划痕等情况的出现，都会影响锂电（或者局部）N/P值的变化，进而造成析锂的出现。

 

二．嵌锂过程中路径异常

 

极片内部结构设计不合理，隔膜褶皱，电芯变形，电芯内部有气泡，化成工艺中未加压等情况均会造成锂离子在负极表现析锂。

 

三． 负极表面的SEI膜异常造成析锂

 

1. 电解液选择的不合理：电解液和正负极材料不匹配导致石墨表面形成的SEI膜过厚。

 

2. 工艺上的不合理：石墨极片的压实密度过高，电解液湿润不完全，造成极片内部无法嵌入锂离子；电解液中水分含量超标，水会与电解液反应破坏SEI膜；电解液注液量不足或者电解液与活性材料不相容；化成工艺不符合要求或者未经过化成直接分容。

 

四、电池使用阶段析锂：

 

使用的不当，电池受到外力作用变形；高温使用和储存过程中导致产气过多，负极表面充有气体，失去嵌锂通道；

 

简单来说负极的析锂一般的满足两个条件：

 

热力学：负极电位＜0V。

 

动力学：充放电倍率的提高或者锂离子在固相内的扩散速率降低，导致锂沉积在负极表面。

 

常见正极材料100%嵌锂的电位都在3V以上，几乎无法达到0V，所以不满足锂离子还原为锂金属的热力学条件，即正极不会发生析锂。

 

 

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关键词： 锂离子电池