一、產氣的具體來源

鋰離子電池產氣主要來源于電池內部的化學和電化學反應，具體包括以下幾類：

1. 電解液分解

·來源：電解液中的有機溶劑（如碳酸乙烯酯EC、碳酸二甲酯DMC等）在高壓、高溫或過充條件下發生氧化或還原反應。

·產生的氣體：主要產生二氧化碳（CO₂）、一氧化碳（CO）、甲烷（CH₄）、乙烯（C₂H₄）等。

·反應示例：

碳酸乙烯酯（EC）分解：EC → CO₂ + C₂H₄ + 其他產物

碳酸二甲酯（DMC）分解：DMC → CO₂ + CH₄ + 其他產物

2. SEI膜（固體電解質界面膜）的破壞與重組

·來源：SEI膜在電池循環過程中可能因過充、過放或高溫而破壞，導致電解液與負極材料（如石墨）直接接觸，發生副反應。

·產生的氣體：氫氣（H₂）、乙烯（C₂H₄）、乙烷（C₂H₆）等。

·反應示例：

電解液中的LiPF₆與微量水反應：LiPF₆ + H₂O → LiF + POF₃ + HF

HF與負極反應：C（石墨） + HF → C-H + H₂↑

3.水分污染

·來源：電解液中微量水分（ppm級別）與鋰鹽（如LiPF₆）反應，生成酸性物質（如HF），進一步引發副反應。

·產生的氣體：氫氣（H₂）、氟化氫（HF）。

·反應示例：

LiPF₆ + H₂O → LiF + POF₃ + 2HF

2H₂O + 2e⁻ → H₂↑ + 2OH⁻

4. 正極材料副反應

·來源：正極材料（如LiCoO₂、LiFePO₄、NCM等）在過充或高溫條件下發生結構變化，釋放氧氣（O₂）或與電解液反應。

·產生的氣體：氧氣（O₂）、二氧化碳（CO₂）。

·反應示例：

LiCoO₂ → Li₁₋ₓCoO₂ + xLi⁺ + xe⁻ + ½O₂↑

5. 負極材料副反應

·來源：負極材料（如石墨、硅基材料）在過放或高溫條件下與電解液發生反應。

·產生的氣體：氫氣（H₂）、乙烯（C₂H₄）、乙烷（C₂H₆）。

·反應示例：

石墨與電解液反應：C + 溶劑 → C-H + 氣體產物

二、產生的具體氣體

鋰離子電池產氣的主要成分包括：

1. 二氧化碳（CO₂）：電解液分解的主要產物。

2. 一氧化碳（CO）：電解液不完全分解的產物。

3. 氫氣（H₂）：水分與鋰鹽反應或負極副反應的產物。

4. 甲烷（CH₄）、乙烯（C₂H₄）、乙烷（C₂H₆）：電解液分解或負極副反應的產物。

5. 氧氣（O₂）：正極材料分解的產物。

6. 氟化氫（HF）：水分與鋰鹽反應的產物。

編輯

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三、產氣帶來的影響

1. 電池性能下降

- 容量衰減：產氣反應消耗活性鋰離子和電解液，導致電池容量下降。

- 內阻增加：氣體在電極表面形成絕緣層，阻礙鋰離子傳輸，增加內阻。

- 循環壽命縮短：副反應持續發生，加速電池老化。

2. 安全風險

- 內壓升高：氣體積累導致電池內部壓力增大，可能引發電池鼓包、變形或破裂。

- 熱失控：過量氣體在高溫下可能引發電池內部短路，導致熱失控，甚至起火或爆炸。

- 毒性氣體釋放：氟化氫（HF）等有毒氣體可能泄漏，對環境和人體健康造成危害。

3. 界面性能惡化

- SEI膜破壞：氣體生成可能導致SEI膜破裂，進一步加劇副反應。

- 電極與電解液接觸不良：氣體在電極表面聚集，阻礙電解液與電極的接觸，降低充放電效率。

4. 外觀變形

- 電池鼓包：氣體積累導致電池外殼膨脹，影響電池組的設計和裝配。

- 密封失效：過高的內壓可能導致電池密封件失效，引發電解液泄漏。

總結：鋰離子電池產氣是一個復雜的化學過程，主要來源于電解液分解、SEI膜破壞、水分污染以及正負極材料的副反應。產生的氣體包括CO₂、CO、H₂、CH₄、C₂H₄、O₂和HF等，這些氣體不僅會導致電池性能下降（如容量衰減、內阻增加），還可能引發嚴重的安全問題（如鼓包、熱失控、毒性氣體泄漏）。因此，控制電池產氣是提升鋰離子電池性能和安全性的一項重要任務。