德耐隆保温隔热材料有效解决水对动力电池包的影响

  本站   2019-12-29 次浏览

    水，它有三种形态，同时水也是很顽皮的，能力很强，喜欢捣乱。我们看一看它在电池里面是如何折腾的，首先它会汽化，膨胀，电解，会跟电解液发生反应，然后也能和材料形成结晶等等。那么它在安全方面是一个很大的问题，会产生爆炸、冒烟、燃烧。对动力电池而言，这个安全问题就要求更高了，为什么呢？因为一块电池板是由很多的单体电池组成的，整个电池板它的性能实际上是由单个个体来决定的。更确切地说是由单个个体当中最差的那一块决定的，为什么呢？在电池板里面充电的时候，最差的那一块电池最容易被过充。那么在放电的过程当中，最差的那一块电池容易过放，那么它最容易发生剧烈的反应，从而引发整个电池板的反应，从而引发很多的问题。 

   本文主要针对锂离子电池中水分对性能的影响进分简单分析。结果表明,水分控制在0.015%以内,电池的综合电化学性能最好。其中,首次300 mA放电容量为(125 ±2) min; 600 mA截止电压3.6 V放电时间为(48 ±3) min;内阻(38 ±3) mΩ;厚度(4.25 ±0.05) mm; 100次循环容量(衰减(7.8 ±0.5)%)。并从负极SEI膜形成机理和水分在电解液中的反应过程对实验结果进行了分析。 

   动力电池如何干燥？在材料、极片卷、极片和电芯环节都可以控制水分，做真空干燥。以负极材料活性炭为例，可以看到活性炭它单体上遍布着很多的毛细的孔系，它的表面积非常大，可能用2克的活性炭的表面积就可以涂满整个槽。而这些孔系的表面吸收了大量的水，杂质，这就是需要干燥的对象。

  确定控水点以后就可以开始干燥了，传统的干燥，以电芯干燥为例，首先搭造干燥房，人工上下料，单体风箱要独立完成预热，抽真空，保压等多项功能，一个人要完成很多的功能。在这过程当中，效率低，能耗高，不同单体风箱产出的产品差，而且人工搬运过程中有很多次接触，造成不好的结果。

电池水分对电池内阻的影响

  实验电池的水分和内阻的关系见图3。由图中可知,在电池水分小于0.015%时,内阻较小且变化较小( (38 ±3) mΩ) ;在电池水分在0.015%～0.04%范围内时,随着电池水分的增加,内阻呈上升的趋势。产生电池内阻差异的主要因素有如下2个方面:
  (1) SEI膜的差异导致电池内阻的差异。在EC /DMC /EMC电解液溶剂体系中,痕量的水能够形成以Li2CO3为主、稳定性好、均匀致密的SEI膜 ,其内阻较小。
  (2)水分含量多于体系形成SEI膜的所需含量时,在SEI膜表面生成和LiF沉淀,导致电池内阻增加。

电池水分对电池循环容量衰减的影响

   实验电池的水分和100次循环容量衰减的关系见图4。由图可知, 100次循环容量衰减在电池水分含量小于0.015%时维持在较稳定的状态(衰减( 718 ±0.5) %) ,在电池水分含量在0.015% ～0.04%范围内时,电池容量衰减随水分含量增加而逐渐减小。这与SE I膜的致密程度和均匀性有关 。当SEI膜均匀致密时,电解液溶剂不易嵌入到负极中,占据Li+嵌入空位,因此容量衰减很少。与此相反,当SEI膜的局部不致密、不均匀时,Li+嵌入空位被电解液溶剂占据相对较容易。L i2 CO3是形成均匀致密SEI膜最主要的组分, EC /DMC /EMC电解液溶剂体系中,适量的水能促进以Li2 CO3为主的SEI膜的形成,当水分份含量足够或者过量时,形成的SE I膜就越致密、均匀,溶剂嵌入碳负极的概率就越小。这就是水分在0.015% ～0.04%范围内时,电池容量衰减随水分含量增加而逐渐减小的原因。当水分小于0.015%时,在负极表面形成了较致密的SEI膜,使溶剂嵌入维持在平衡状态。因此,电池容量衰减维持在比较稳定的状态。

电池水分对电池厚度的影响

   实验电池的水分对电池壳体厚度的影响。由图5可知,电池水分小于0.015%时,电池厚度符合国标(4125 ±0.05) mm;电池水分在0.015%～0.04%范围内时,电池厚度随水分的增加而增大。影响电池厚度的因素有如下2个方面:

  (1)电极本身的膨胀，正极材料在脱嵌的过程中( x 从1减小到0.4) ,层间距从0.465 nm增大到0.485 nm,正极体积膨胀。负极材料石墨在L i+ 嵌入过程中, 石墨层间距从0.345 4 nm增大到0.370 6 nm ( ),负极体积膨胀。但这种膨胀一般都在工艺设计范围内,不会引起壳体厚度增加。
  (2)在SEI膜形成过程中,生成的HF、短链等气体,电解液溶剂分解产生的气体R2H等 。SE I膜生成以后水的存在使分解生成HF气体。在以上的2个因素中,因素(2)占主导地位,它是导致电池中水分大于0.015%时,电池厚度随水分增加呈增大趋势的主要因素。

   电池安全永远是消费者最关心的话题之一，而近年来IP67的防护等级一直被当作厂家宣传的热点。IPX7代表防浸型设计，符合这项标准意味着，在规定的条件下即使浸在1m水中半小时，水也不会进入内部。

   车主表示他只是在雨后正常行驶，并未涉入很深的积水，但现在厂家检测的结果是：故障车辆拆下电池总成检查电池包气密性完好，并且密封性完好符合IP67防护标准。但电池包内部地板积水明显，前端长型模组被浸泡，模组放电，在电解作用下，包内锈蚀明显。并且，电芯浸泡后，正负极短路，持续放电，电池内部结构已经损坏。电动车短时涉水行驶安全涉水深度20cm左右，IP67可以防水。但是如果把电池包泡在水里这样就不安全了。纯电车电池包都是密封的，在水里可以短时起到密封作用。如果涉水过深过长，长时间停留在水里，首先是在水里会有水压，会有水压压迫电池包密封件。另外一个是雨水都是酸性的，会腐蚀密封及高压插件，会加速电池包进水。

动力电池包密封的新材料应用

   德耐隆Telite®防水吸音隔材料，亦称之为固态密封垫片、固态垫片。它是一种呈固态状的新型高分子疏水憎油 （憎水率99%）密封材料。德耐隆Telite®防水吸音隔材料与液体密封腻子有所不同，液态密封胶需要给一定的外界紧固力，才能发挥其密封作用，因此有人称它为"液体垫片"。它与固体垫片，如橡胶、石棉、金属、纸质等材料做成的垫片不同，它具有不易燃且憎水性好，因此不存在固体垫片起密封作用时必然产生的压缩变形，因而也没有内应力、松弛、蠕变和弹性疲劳破坏等导致泄漏的因素。由于它可以充满结合面之间的凹陷和缝隙，消除界面泄漏，因而是一种较理想的疏水型保温隔热、降噪材料。

   德耐隆Telite®防水吸音隔材料可以在-180℃--240℃的环境下正常工作，而且不易燃，疏水憎油 （憎水率99%）同时保持着优异的密封性能。德耐隆Telite®防水吸音隔材料可以单独用来密封pack箱体，也可以配合密封圈使用，完全可以满足IP67的要求。在pack箱体需要维修时，可以随时打开，由于德耐隆Telite®防水吸音隔材料是固体，可以反复使用，不用去除残胶和二次打胶。

  总结：使用德耐隆Telite®防水吸音隔材料密封pack箱体，完美的解决了众多动力电池生产商目前遇到的箱体密封性能与维修便利性相矛盾的问题。