水分对锂电池性能有何影响？水分对锂电池性能影响大吗？

影响锂电池性能的因素有很多，例如材料的类型，正负极的压缩密度，水分，涂层表面密度以及电解液的使用量。其中，水分对锂离子电池的性能有着至关重要的影响，水分是锂离子电池生产过程中需要严格控制的关键因素。

过量的水不仅会导致电解液中锂盐的分解，对正负极材料和集流体产生一定的腐蚀和破坏作用，还会导致电池的循环性能和安全性能下降。然而，微量的水分具有重要意义。水分对锂电池性能的影响将在下面详细介绍。

一、水分过多的缺点

在三元/石墨系统电池的生产过程中，正极浆料的制备一般采用油基分散体系，以PVDF为粘合剂，NMP为溶剂。当PVDF遇到过多的水分时，会形成凝胶状物质，导致浆料流动性差和流平性差，不利于浆料的涂覆。

因此，在制备浆料时，必须注意原料的水分含量，工作环境和人员操作过程中水分的引入。除了对锂电池浆料的制备产生巨大影响外，过多的水分还会导致电解液的分解。氢氟酸是一种腐蚀性特别强的酸，会对锂电池的正负极材料和集电器造成严重损坏，最终导致电池安全问题。

二、微量水分的意义

但是，锂电池中的水越少越好。众所周知，固体电解质界面（俗称SEI膜）是一种选择性渗透膜，允许Li+自由通过，而电解质分子不能通过。

电解液和微量添加剂的成分对SEI成膜的电位、致密程度、电池的不可逆容量损失和电池的内阻有重大影响。水作为电解液中的微量成分，对锂离子电池SEI膜的形成和电池性能有一定的影响。

三、水分对锂电池性能的影响

在不同的材料体系中，水分含量对电池的性能有很大的影响。然而，不变的是，水分对锂电池的首次充放电容量、内阻、电池循环寿命和电池体积都有影响。下面以钴酸锂/石墨系统电池为例。

1.对首次充放电容量的影响

水分与锂离子电池中SEI的形成有关，必然会影响锂离子电池第一次不可逆的容量损失。

当电池中的水分小于0.015%时，电池的首次放电容量符合国家标准，变化不大。当电池水分在0.015%至0.04%范围内时，电池的初始放电容量随着电池中水分的增加而降低。当电池中的水分含量小于0.015%时，以下反应占主导地位。

单电子还原过程生成的烷基碳酸锂也可以与电解质中的痕量水反应生成碳酸锂。

2ROCO2 Li+H2O →Li2CO3 +CO2 +2ROH

当产生CO2时，负极表面以低电位发生新的化学反应：

2CO2+2Li+ +2e →Li2CO3 +CO

可以看出，适量的水有利于Li2CO3基SEI膜的形成，稳定、均匀、致密。当SEI膜完全覆盖负极时，不可逆反应立即停止。

当水分含量在0.0150%至0.04%范围内时，锂离子的消耗增加，电池的充放电容量降低，对其产生负面影响。

2.对电池内阻的影响

电池的内阻是电池最重要的特性参数之一。它是表征电池循环寿命和工作状态的重要参数，是衡量电池中离子和电子传输难度的主要指标。

内阻主要受电池材料、制造工艺、电池结构等因素影响。内阻越小，电池放电时占用的电压越小，输出的能量越多。

对于长期存放的电池，内阻会随着存放时间的增加而增大，当内阻超过一定值时，会对电池的性能产生很大的影响。由于水分含量对锂电池中SEI膜的质量有影响，因此轮廓会影响电池的内阻。

在EC/DMC/EMC电解液溶剂体系中，微量的水可以形成Li2CO3基、稳定、均匀、致密的SEI膜，内阻低。当含水量超过系统形成SE I膜所需的含量时，SEI膜表面会产生POF3和LiF沉淀物，导致电池内阻增加。

3.对电池容量衰减的影响

水分含量会影响电池SEI膜的性能，例如均匀性和密度等。当SEI膜均匀致密时，电解质溶剂不易嵌入负极并占据Li+插层空位，因此容量衰减小。

相反，当SEI膜的局部不致密且不均匀时，Li+插层空位相对容易被电解质溶剂占据。Li2CO3是形成均匀致密的SEI膜的最重要成分。在EC/DMC/EMC电解质溶剂体系中，适量的水可以促进以Li2CO3为主的SEI膜的形成。当水分含量充足或过量时，形成的SEI膜会更致密，更均匀，溶剂插层碳负极的概率会更小。

这就是为什么当含水量在0.015%至0.04%范围内时，电池的容量衰减会随着含水量的增加而逐渐减少。当水分小于0.015%时，负极表面形成更致密的SEI膜，使溶剂插层保持平衡状态。因此，电池容量衰减保持在相对稳定的状态。

4.对电池厚度的影响

随着水分含量的增加，电池的厚度也会增加。当水分含量低时，这是由于在SEI膜形成过程中产生CO2，CO和其他气体。当水分过多时，多余的水会继续与LiPF6反应生成HF气体。电池内部产生的气体量与电池的安全性有关。为了避免电池出现严重的膨胀问题，必须严格控制电池内部的水分。