一、析鋰的基本概念

鋰離子電池在充電過(guò)程中，鋰離子會(huì)從正極脫嵌并嵌入負(fù)極。但是當(dāng)一些異常狀況發(fā)生、并造成從正極脫嵌的鋰離子無(wú)法嵌入負(fù)極的話，那么鋰離子就只能析出在負(fù)極表面，從而形成一層灰色的物質(zhì)，這就叫做析鋰。

從析鋰的大方向來(lái)分類的話，文武將析鋰的原因分成五大類：負(fù)極余量不夠造成的析鋰；充電機(jī)制造成的析鋰；嵌鋰路徑異常造成的析鋰；主材異常造成的析鋰；特殊原因造成的固定位置析鋰。下面分別針對(duì)上述五大類原因，來(lái)對(duì)析鋰的具體原因進(jìn)行講解。

二、負(fù)極余量不夠造成的析鋰

鋰離子在充電時(shí)從正極脫嵌之后，一定要有一個(gè)歸宿。一般而言，歸宿是嵌入到負(fù)極當(dāng)中，但是當(dāng)負(fù)極過(guò)量不夠、負(fù)極可嵌入鋰離子少于正極脫嵌的鋰離子時(shí)，鋰離子就只能在負(fù)極表面析出了。負(fù)極過(guò)量不夠，算得上是析鋰的最常見(jiàn)原因。而根據(jù)負(fù)極過(guò)量不夠的位置，又可以細(xì)分成下面三組析鋰情況：

2.1常規(guī)負(fù)極過(guò)量不夠的析鋰

當(dāng)負(fù)極過(guò)量不足時(shí)，從正極脫嵌后來(lái)到負(fù)極的鋰離子沒(méi)有足夠的嵌入空間，因而只能形成金屬鋰單質(zhì)并析出在負(fù)極表面。由于負(fù)極過(guò)量不夠程度一般是均勻的、正極脫嵌的鋰離子也是均勻來(lái)到負(fù)極的，因此負(fù)極過(guò)量不夠造成的析鋰也都是均勻的一層，析鋰嚴(yán)重程度的大小與負(fù)極過(guò)量不夠的程度密切相關(guān)，過(guò)量不足程度越高則析鋰越嚴(yán)重。

2.2陰陽(yáng)面析鋰

當(dāng)一個(gè)電芯出現(xiàn)正極單面涂重或者負(fù)極單面涂輕時(shí)，就會(huì)造成這個(gè)電芯的負(fù)極兩面一側(cè)析鋰一側(cè)不析鋰，這也就是俗稱的陰陽(yáng)面。陰陽(yáng)面電芯析鋰一側(cè)的界面與負(fù)極過(guò)量不足析鋰完全一致，而另外一側(cè)則是金黃色（石墨負(fù)極的話）。

2.3正極頭部涂布未削薄析鋰

假如在涂布時(shí)未對(duì)正極頭部進(jìn)行削薄，那么正極頭部位置的敷料就可能會(huì)偏厚，這樣對(duì)應(yīng)負(fù)極頭部就會(huì)出現(xiàn)過(guò)量不足的情況，從而造成負(fù)極頭部出現(xiàn)一段條狀的析鋰。

三、充電機(jī)制造成的析鋰

由于析鋰發(fā)生在充電階段，因而充電機(jī)制的變化也一定會(huì)是析鋰的原因之一。下面列出了幾種由于充電機(jī)制而造成析鋰情況：

3.1低溫充電析鋰

上圖是一個(gè)常規(guī)設(shè)計(jì)電芯在0度充電后的照片，可以看到負(fù)極表面被一層均勻的灰色鋰離子所覆蓋。低溫充電析鋰的原因，是負(fù)極在低溫時(shí)的嵌鋰阻抗明顯大于正極脫鋰阻抗，雖然鋰離子可以在低溫下相對(duì)快速的從正極脫嵌，但是卻無(wú)法及時(shí)嵌入到負(fù)極當(dāng)中，從而引發(fā)析鋰。（更詳細(xì)的原因請(qǐng)參考之前的《低溫技術(shù)知多少》系列文章，本文不再贅述）

3.2大倍率充電析鋰

即便是常溫充電，假如一味的新增充電倍率，負(fù)極也會(huì)由于無(wú)法快速完成嵌鋰而引發(fā)析鋰。在常規(guī)容量型設(shè)計(jì)下，電芯能經(jīng)受的最大充電倍率在1C~1.5C左右，假如產(chǎn)品在使用期間要進(jìn)一步新增充電電流，那么就要對(duì)極片和電解液采用特殊設(shè)計(jì)了。否則充電倍率越大，析鋰就會(huì)越嚴(yán)重。

3.3過(guò)充電析鋰

當(dāng)電池的充電電壓或充電容量大幅超過(guò)設(shè)計(jì)值時(shí)，就會(huì)有較多過(guò)量的鋰離子從正極脫嵌出來(lái)，而由于負(fù)極在設(shè)計(jì)時(shí)根本就沒(méi)有為這些多余的鋰離子預(yù)留空間，因此析鋰也就不可防止了。在過(guò)充電時(shí)，鋰離子從正極的脫嵌是均勻的、不會(huì)隨極片位置的變化而不同，因此過(guò)充電造成的析鋰也是均勻一層。

3.4充電析鋰小結(jié)：

經(jīng)過(guò)仔細(xì)比較可以發(fā)現(xiàn)，充電制度造成的析鋰界面，基本都是均勻的一層析鋰。原因也很簡(jiǎn)單：充電是均勻的發(fā)生在極片各個(gè)位置之上的，因而析鋰的界面也是基本均勻的。

另外要提醒大家的是：不要根據(jù)上面圖片就對(duì)號(hào)入座每一種析鋰的標(biāo)準(zhǔn)界面，由于型號(hào)不同、充電異常程度不同等因素，可能下一次出現(xiàn)的低溫充電析鋰界面，會(huì)與本文所講的大倍率充電相同。大家要記住的是什么充電機(jī)制會(huì)造成與上面類似的均勻析鋰，并在實(shí)際問(wèn)題中按此排查。

四、嵌鋰路徑異常造成的析鋰

在電池充電時(shí)，鋰離子從正極脫嵌后，途經(jīng)電解液然后嵌入到負(fù)極當(dāng)中。但是假如正負(fù)極界面接觸不好，就會(huì)造成鋰離子在負(fù)極表面析出。具體情況如下：

4.1隔膜打皺析鋰

當(dāng)隔膜由于自身質(zhì)量原因而出現(xiàn)打皺時(shí)，對(duì)應(yīng)位置的鋰離子從正極脫嵌后，就沒(méi)法均勻的嵌入負(fù)極，從而造成對(duì)應(yīng)位置的負(fù)極要么成未充分嵌鋰的褐色、要么出現(xiàn)與隔膜打皺方向一致的條紋狀析鋰。

4.2電芯變形析鋰

當(dāng)電芯厚度較大時(shí)易出現(xiàn)變形，當(dāng)變形比較嚴(yán)重時(shí)，就可能造成電芯變形位置對(duì)應(yīng)的極片接觸不良，從而出現(xiàn)上圖中條狀的嵌鋰不良區(qū)域，偶爾也會(huì)伴隨著析鋰（上圖中最左邊一折的樣子）。

4.3常規(guī)化成且化成前未熱冷壓析鋰

假如電芯厚度比較大，那么即使注液之后不熱冷壓直接進(jìn)行常規(guī)化成，界面也不會(huì)有太大問(wèn)題。但是關(guān)于一些厚度小于3mm的薄電芯而言，假如化成時(shí)本來(lái)就沒(méi)有上夾，且化成前又忘記了進(jìn)行熱冷壓或者夾具baking，那界面就會(huì)比較悲慘了。

由于薄電池界面間接觸難以緊密，因此假如化成前和化成時(shí)都沒(méi)有對(duì)其表面施加壓力的話，化成產(chǎn)氣就無(wú)法完全排出并影響界面接觸，進(jìn)而出現(xiàn)點(diǎn)狀嵌鋰不足及點(diǎn)狀析鋰。

4.4夾具化成未加壓力析鋰

由于夾具化成往往伴隨著大電流、高充電SOC，因而化成期間產(chǎn)氣的速度更快，化成后電池的界面也會(huì)有明顯的金黃色、對(duì)應(yīng)嵌鋰不足的位置看起來(lái)會(huì)更為明顯。不論是化成前沒(méi)有熱冷壓的薄電芯、還是本該夾具化成卻沒(méi)有加壓的電芯，只要在除氣前發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，那么重新進(jìn)行帶夾具的小電流放電和化成一次，是可以對(duì)界面有明顯改善的。

4.5嵌鋰路徑析鋰小結(jié)：

當(dāng)嵌鋰路徑發(fā)生異常時(shí)，電芯最明顯的界面異常是出現(xiàn)褐色的嵌鋰不充分區(qū)域，其次才是對(duì)應(yīng)位置的輕微析鋰。由于各家化成工藝、材料不盡相同，因此各位實(shí)際遇到的化成時(shí)界面接觸不良造成得析鋰現(xiàn)象，可能會(huì)與上面的圖示有一定差異。

五、主材異常造成的析鋰

充電過(guò)程中，鋰離子的歸宿是透過(guò)SEI膜并最終嵌入負(fù)極，假如SEI膜或負(fù)極出現(xiàn)了問(wèn)題，造成鋰離子無(wú)法正常嵌入，那么結(jié)果就只能是析鋰了。

5.1負(fù)極壓死析鋰

當(dāng)負(fù)極片壓實(shí)超過(guò)其極限時(shí)，鋰離子來(lái)到負(fù)極后就會(huì)由于負(fù)極結(jié)構(gòu)被壓壞或沒(méi)有充足的嵌入空間而析出在負(fù)極表面。負(fù)極壓死造成的析鋰并不像化成接觸不好那樣的析鋰可以修復(fù)，且對(duì)電芯的容量、循環(huán)皆有致命影響。

5.2電解液少造成的析鋰

當(dāng)電池注液量比較少、或者注液后老化時(shí)間較短時(shí)，電解液將無(wú)法完全浸潤(rùn)負(fù)極，未充分浸潤(rùn)的位置，就會(huì)形成上圖所示的、干涸的未嵌鋰小黑斑，黑斑的周圍有可能出現(xiàn)輕微的析鋰。

5.3電解液不匹配的析鋰

這種原因造成的析鋰原理，文武目前也沒(méi)有完全搞明白，猜測(cè)可能是由于電解液和負(fù)極不匹配，造成SEI膜過(guò)厚或不均勻，然后阻礙了鋰離子的嵌入；或是電解液無(wú)法充分浸潤(rùn)到負(fù)極中，從而引發(fā)鋰離子嵌入困難。

5.4未化成直接分容造成析鋰

假如電芯沒(méi)有進(jìn)行小電流化成而直接就進(jìn)行了分容充電，那么SEI膜就無(wú)法有效形成，從而在充電過(guò)程中影響鋰離子嵌入負(fù)極并引發(fā)析鋰。對(duì)應(yīng)的析鋰圖片呈上圖所示的斑點(diǎn)狀。

5.5水含量超標(biāo)析鋰

微量的水分有助于SEI膜的形成，但是當(dāng)水含量超標(biāo)時(shí)，就會(huì)與電解液中的鋰鹽發(fā)生副反應(yīng)并破壞SEI膜成分，從而影響鋰離子嵌入負(fù)極并形成上圖中的不規(guī)則褐色區(qū)域，一些時(shí)候褐色區(qū)域也會(huì)發(fā)生析鋰。

5.6主材異常析鋰小結(jié)：

從上面的圖片中我們可以發(fā)現(xiàn)，主材異常造成的析鋰現(xiàn)象千奇百怪，但每一種又都特點(diǎn)十足。假如自己在不同材料體系上面重復(fù)遇到過(guò)幾次同樣原因的析鋰異常的話，后面則完全可以僅通過(guò)析鋰狀態(tài)就判斷出主材異常造成的析鋰原因。

六、一些固定位置析鋰

當(dāng)遇到涂布異常或電芯結(jié)構(gòu)有特殊狀況時(shí)，就可能出現(xiàn)存在于固定位置的析鋰，舉例如下：

6.1橫向貫穿析鋰

當(dāng)涂布時(shí)出現(xiàn)正極豎狀條紋或負(fù)極豎狀條紋時(shí)，就可能引發(fā)制成電芯后在對(duì)應(yīng)位置的、貫穿整條極片的條紋析鋰，析鋰的原因?yàn)橥坎紬l紋造成的該位置負(fù)極過(guò)量不夠或負(fù)極片壓死，要結(jié)合電芯制成及對(duì)應(yīng)位置的極片厚度情況進(jìn)行分析。

6.2縱向貫穿析鋰

出現(xiàn)以上縱向貫穿析鋰時(shí)，首先要看其位置是否有規(guī)律，假如存在于每一層的固定位置，那可能與電芯寬度方向結(jié)構(gòu)、厚度不均一有關(guān)，例如電芯變形、極耳位附近厚度變化等；假如析鋰像上圖相同僅出現(xiàn)在每個(gè)電芯的固定位置一次，則可能是涂布時(shí)出現(xiàn)了設(shè)備不穩(wěn)定、造成此處負(fù)極過(guò)量不足析鋰。

6.3某一卷繞、疊片層析鋰

假如析鋰僅發(fā)生在某一層上（如上圖負(fù)極第一層），那么此時(shí)首先可以判斷整體設(shè)計(jì)、制程是沒(méi)有問(wèn)題的，異常僅出現(xiàn)在析鋰的那一層上。然后再通過(guò)觀察析鋰狀態(tài)，聯(lián)想什么異常可能僅發(fā)生在電芯的一層，并以此為切入點(diǎn)進(jìn)行分析。

對(duì)卷繞結(jié)構(gòu)熟悉的朋友可以聯(lián)想起來(lái)，上圖中負(fù)極片對(duì)應(yīng)的是一小塊獨(dú)立的正極小涂布區(qū)，經(jīng)分析發(fā)現(xiàn)，該電芯的正極小涂布區(qū)超厚，因而造成對(duì)應(yīng)位置負(fù)極過(guò)量不足并引發(fā)析鋰。

本文末尾，最后文武要提醒大家的是有兩點(diǎn)：

1）雖然上面在竭盡所能的向大家展示各種析鋰狀態(tài)，但實(shí)際工作遇到的情況，還是要比上面所講的復(fù)雜的多。遇到實(shí)際問(wèn)題，首先記住不要生搬硬套上面的內(nèi)容、因?yàn)椴煌瑔挝坏那闆r實(shí)在千差萬(wàn)別；

2）遇到異常時(shí)，千萬(wàn)不要認(rèn)為自己可以僅憑一張析鋰圖片就判斷出異常原因，除了水含量超標(biāo)、隔膜打皺、電解液少等幾項(xiàng)非常明顯的異常外，其它各項(xiàng)異常造成的析鋰現(xiàn)象經(jīng)常會(huì)是相近或互通的，從設(shè)計(jì)、制程等多方面分析才能讓你更快的接近真相。