锂电池化成工序电池出现低电压不良的原因分析及其对电芯的影响

2025-03-20 10:51

低电压是锂电池生产制造中化成工序的常见不良。锂电池低电压对电池性能有非常严重的影响，产线上发生低电压不良可以从下面几个方面去分析。

一、化成工序低电压不良的原因分析

1.预化成阶段不足：

杂质残留：预化成截止电压不足时，无法有效去除电极中的水分、金属微粒等杂质，残留的杂质会消耗活性锂，导致首次库伦效率降低，电压平台下降。

SEI膜缺陷：若预化成电压未达到电解液添加剂的反应电位，SEI膜的形成路径被干扰，导致膜结构疏松或致密性不足，增加锂离子传输阻抗。

2.充电截止电压设置不当：

闭口充电电压过高：导致过充时正极活性物质过度脱锂，负极析锂形成枝晶，甚至刺穿隔膜引发内短路，电压急剧下降。

充电电压不足：如磷酸铁锂电池未达到3.65V时，未充分激活负极石墨嵌锂反应，导致正极活性物质利用率低，放电容量不足。

3.金属异物或界面接触异常：

金属杂质引入：正极或隔膜间混入金属粉尘等异物（如铜颗粒），导致内部微短路，直接拉低电压。

电极接触不良：化成过程中产气未及时排出，隔膜与极片接触不均匀，局部极化增大，形成锂化合物沉积（白斑）。

4.工艺参数失控：

温度异常：高温加速电解液分解，生成过多CO等气体，影响极片浸润；低温导致电解液去溶剂化困难，锂离子嵌入不充分。

压力缺失：未施加夹具压力时，产气堆积增加锂离子传输距离，阻抗升高，容量降低。

二、低电压不良对电芯的影响

1.循环性能劣化：

SEI膜不稳定或锂枝晶生长会导致电池内阻增加，充放电末端极化加剧，循环后容量保持率显著下降（如4.0V截止电压电池800次循环后容量保持率仅为88.6%）。

2.安全风险：

负极锂枝晶可能刺穿隔膜造成内短路，引发热失控；正极分解产生的氧气加速电解液分解，催化产气反应，导致电池鼓胀甚至爆炸。

3.自放电加剧：

SEI膜缺陷或金属杂质存在时，负极与电解液副反应持续消耗锂，电池静置电压加速衰减（如放电截止电压<1.5V时温升速率达20°C/s，电压归零）。

4.成本增加：

低电压不良品需返工或报废，延长化成时间（如高温化成工步①在80°C时需40min才能充至3.7V），增加能耗与生产成本。

参考资料：1.化成工艺对锂离子电池性能的影响，王玲玲2.锂离子电池高温化成工艺研究，魏文飞-End-

原文标题 : 锂电池化成工序电池出现低电压不良的原因分析及其对电芯的影响

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