對(duì)鋰離子電池而言，電解液某種意義上相當(dāng)于人體的血液，對(duì)電池性能影響巨大，必不可少。對(duì)于不同化學(xué)體系的電池，電解液注液量和保液系數(shù)都是存在差異的。具體到不同的動(dòng)力電池生產(chǎn)商，由于工藝和理解的不同，其電池產(chǎn)品注液量也存在差異。除了化成階段部分電解液同負(fù)極發(fā)生反應(yīng)生成SEI外，剩余的電解液主要以兩種形式存在：一部分浸潤(rùn)到電極的多孔結(jié)構(gòu)中，而一部分則是以自由態(tài)的形式存在。其中，浸潤(rùn)到電極多孔結(jié)構(gòu)中的電解液量是較難測(cè)量的，而自由態(tài)電解液量通過(guò)電池拆解相對(duì)更容易量化。除此之外，使用后的電池會(huì)逐漸發(fā)生老化，理論上老化后電池的電解液量也會(huì)減少。那么問(wèn)題來(lái)了，商業(yè)化的動(dòng)力電池中自由態(tài)的電解液量究竟有多少呢？

來(lái)自歐盟聯(lián)合研究中心的NataliaP.Lebedeva等人的視角相對(duì)特殊，在絕大部分人關(guān)注如何改進(jìn)電解液以提升電池性能的時(shí)候，她們先人一步將注意力集中到了電解液可能帶來(lái)的毒性問(wèn)題。目前常用的電解液中含有多種有毒的溶劑，LiPF6的使用也可能會(huì)產(chǎn)生HF，一旦在密閉空間中電解液泄漏極容易產(chǎn)生高濃度的毒性氛圍對(duì)人造成危害。在本工作中，NataliaP.Lebedeva等研究了商業(yè)化動(dòng)力電池中自由態(tài)電解液量的問(wèn)題。由于檢測(cè)的電池多來(lái)自；整車(chē)端且包含部分老化的電池，因此結(jié)果具有較高的參考和實(shí)用價(jià)值。成果以AmountofFreeLiquidElectrolyteinCommercialLargeFormatPrismaticLi-IonBatteryCells為題發(fā)表在JournalofTheElectrochemicalSociety上。


實(shí)驗(yàn)所用動(dòng)力電池的具體信息如表1所示。第1組和第2組都是購(gòu)買(mǎi)的散裝、新鮮LFP體系方形電池，電池容量60Ah。第3-6組電池均從已經(jīng)跑過(guò)數(shù)年的電動(dòng)汽車(chē)上拆解得到，其中使用第3、4、6組電池的電動(dòng)車(chē)在歐洲銷(xiāo)量榜排名前十。第3組和第4組是NMC+LCO體系的方形電池，容量分別為38Ah和63Ah；第5組是NMC體系的軟包電池，電池容量39Ah；第6組是LMO+LNO體系的軟包電池，電池容量40Ah。第7組為L(zhǎng)FP體系的方形電池，實(shí)驗(yàn)前該電池已經(jīng)存放了三年。最后一組電池和第3組屬于同種類(lèi)型，都是從某PHEV上拆解得到，唯一的區(qū)別在于該組電池已經(jīng)嚴(yán)重老化，該組電池在pack中的分布具體如圖2所示。

在獲取自由態(tài)電解液之前，作者先對(duì)電池進(jìn)行了CT觀察，以方便確定合適的鉆孔位置。CT確定好鉆孔位置后，先在方形電池和軟包電池表面鉆孔，倒出部分的自由態(tài)電解液。隨后將電池外殼拆解，取出余下的自由態(tài)電解液。

各不同電池中自由態(tài)電解液量統(tǒng)計(jì)如表2所示。第1組和第2組新鮮電池來(lái)自同一家企業(yè)，該兩組電池所含的自由態(tài)電解液量最高，分別達(dá)到約32g和36g，也表明電池生產(chǎn)企業(yè)在工藝控制上做的不夠好。第3-6組電池均從運(yùn)行數(shù)年的電動(dòng)汽車(chē)上拆解得到，可以看到該四組電池自由態(tài)電解液量差異極大：第6組軟包電池自由態(tài)電解液量18.4g；第4組方形電池和第5組軟包電池拆開(kāi)可明顯觀察到極片處于潤(rùn)濕狀態(tài)，但沒(méi)有電解液處于自由態(tài)；第3組方形電池自由電解液量也僅有3.6g。對(duì)于老化后的電池，第7組電池雖然存放過(guò)3年，但自由態(tài)電解液量依然有23.7g。在整車(chē)端老化后的第3組電池四個(gè)中僅有一個(gè)還有0.8g的自由電解液，余下的三個(gè)均沒(méi)有自由態(tài)電解液，表明處于pack不同位置電池的老化程度也是存在差異的。從以上結(jié)果也能看出不同電池企業(yè)的生產(chǎn)制造工藝是存在差別的，電解液的使用量也會(huì)有所不同。

商業(yè)化動(dòng)力電池中自由態(tài)的電解液量有多少？

一般而言，電池生產(chǎn)企業(yè)極少對(duì)外透露所用電解液的具體組成。從MSDS提供的少量信息了解到第1組、第2組、第4組和第7組電池所用的溶劑涵蓋DMC、DEC、EMC、EC和EA，均是采用LiPF6作為鋰鹽。為了了解第3組和第6組電池電解液信息，作者進(jìn)行了FITR分析，結(jié)果如圖4所示。從FITR圖譜可大致了解到該兩組電池所用溶劑為也是常規(guī)所使用的DMC、DEC、EMC、EC體系，沒(méi)有使用PC和EA。

前面提到過(guò)，作者NataliaP.Lebedeva等人一直在關(guān)注電解液泄漏的風(fēng)險(xiǎn)問(wèn)題，特別是在較小密閉空間內(nèi)電解液泄漏揮發(fā)造成的高濃度有毒氣氛。從以上電池拆解結(jié)果來(lái)看，商業(yè)化動(dòng)力電池在使用過(guò)程中依然可能存在相當(dāng)量的自由態(tài)電解液，如何避免電解液泄漏帶來(lái)的安全風(fēng)險(xiǎn)值得思考。