與其他種類電池相比,鋰離子電池有更高的電壓特性,使得它的能量密度也遠高於其他種類電池,這主要是因為該電池正極電勢較高、負極電勢較低的原因。然而,不幸的是,在能量密度提升的同時,電解液的穩定性明顯降低,易與電極材料發生分解反應,產生大量氣體,內壓升高,電池安全隱患增大。
俄羅斯唐州工業大學的N. Е. Galushkin課題組對NCM111鋰電池迴圈過程中產氣機理的分析。
為了區分正負極材料產生氣體的不同,研究者製作了一個具有雙腔室的鋰離子電池,NCM111正極、石墨負極分別位於其中的一個腔室,中間採用具有導通Li+功能的玻璃隔開,電解液用1.5M LiPF6的EC溶液。
NCM111鋰電池在2.6-4.2V之間進行了四次迴圈,從開始充電到電壓達到4.0V這一範圍內,負極的乙烯濃度出現了快速增長,達到了10umol/m2,這主要是因為SEI膜形成,EC溶劑發生分解導致的,在電壓達到4.0V以後,乙烯濃度的上升速度要明顯變慢,這表明SEI膜的成膜過程基本結束。
H2濃度雖電壓從充電開始到4.0V時增長較快,濃度達到了2.4umol/m2,主要產於電解液中殘留的水分。
CO2在電池電壓達到4.0V之前濃度很低,4.0V以後開始增加,主要來自於正極表面Li2CO3的分解。但在迴圈過程中的CO2持續產生,而不能觀測到O2的釋放,所以這一反應機理並不能完全解釋CO2的產生機理。研究者認為CO2還有可能因為電解液分解產生的CO在Li2CO3等成分的催化下與水反應生成的。