18650钠离子电池拆解解析！_化学_电路_电子_理论_爆炸_材料

18650钠离子电池拆解解析！

锂电那些事今日头条2025年01月10日星期五

钠离子电池技术正处于快速发展阶段，市场需求增长迅速，技术不断进步，且得到了政策的大力支持。目前，钠离子电池技术正在不断成熟，一系列核心技术的突破加速了钠离子电池的产业化进程。钠离子电池的能量密度、循环寿命、安全性能等关键技术指标也持续提升。市场上越来越多的钠离子电池产品问世，本文分享一款18650钠离子电池拆解解析信息。

电池规格信息为：

标称容量：1.2 Ah

标称电压：3.0 V

单价：1.1 美元/个，即0.31 美元/Wh

尺寸：直径18 mm × 高度65 mm

重量：37 g，即97.30 Wh/kg

内阻：≤ 25 mΩ（1 kHz，50% SoC）

电压范围：1.5 V 至 3.8 V

充电电流限制：

0.6 A (0.5 C) @ 0–10°C

1.2 A (1 C) @ 10–20°C

3.6 A (3 C) @ 15–25°C

6.0 A (5 C) @ 20–45°C

放电电流限制：9.6 A (8 C) @ 10–50°C

18650钠离子电池CT照片如图1所示，图1A为比较好的电池，图1B是老化失效的电池。电池顶盖上有CID部件，即电流中断装置。这是一种安全装置，当检测到异常条件（如内部压力过高）时，弹片会翻转断开电池的电路，以防止进一步的损坏或潜在的爆炸危险。由图可知，失效的电池金属外壳有明显的膨胀，CT照片中清晰可见损坏的 CID。

图1 18650钠离子电池CT照片

电池拆解后，极片尺寸如表2所示。卷绕结尾最外圈正负极和隔膜的布置如图2a所示，负极A面有1.5cm未涂覆区，B面有7.3cm未涂覆区，隔膜长度比正极多9.8cm。通过SEM照片测量的极片尺寸如表2和图2所示，此外还通过压汞法测试了极片和隔膜的孔隙率，具体参数为：

正极：

宽度：57.5 mm

长度：704 mm

活性涂层总面积：79,810 mm²

厚度（SEM）：128 μm

厚度（物理）：130 μm

单面涂层厚度：55 – 56 μm

集流体厚度：17 μm

孔隙率：29.9%（压汞法）

面密度：31.61 mg/cm2

负极：

宽度：59 mm

长度：769 mm

活性材料总面积：85,786 mm²

厚度（SEM）：160 μm

厚度（物理）：163 μm

单面涂层厚度：76 – 78 μm

集流体厚度：6 μm

孔隙率：31.4%（压汞法）

面密度：16.02 mg/cm2

隔膜：

厚度：15 μm

孔隙率：40.6%（压汞法）

表2 电池极片尺寸参数

图2 极片SEM尺寸测量

通过拆解分析，电池各个部分的质量如表3所示，电池总重37.175g，去点外面的绝缘膜重量为36.752g，电池壳体7.367g。卷芯29.385g，其中隔膜1.388g，负极极片10.062g，正极极片14.499g，电解液3.437g（提取方法见后）。

表3 钠离子电池各组件质量

电解液提取与分析

采用离心机对电解液进行提取。首先，将电池以600mA的恒流-恒压放电至1.5V，直至电流降至1mA，再转移至手套箱中。在氩气保护的环境中，移除电池的顶盖，包括电流中断装置（CID）。随后，将剩余的电池固定在电池支架上，该支架配备了一个可更换的1.5mL自动进样小瓶。此装置被插入一个锥形且密封的离心管中。将离心管从手套箱中取出后，置于Sigma 3-18K离心机中。离心机以4000转/分钟的速度开始离心过程，并在6小时内逐步增加至10000转/分钟，完成电解液的提取。最终，从单个电池中提取大约3.4g的电解液。

将离心的电解质用二氯甲烷以1：100的比例稀释，然后使用气相色谱-质谱法（GC-MS）分析提取的电解质中的溶剂成分，图3显示了提取的电解质的GC-MS色谱图。溶剂主要包括碳酸二甲酯（DMC）、碳酸甲乙酯（EMC）、碳酸亚乙酯（EC）和碳酸亚丙酯（PC）和丙酸乙酯（EP）。然后，再通过电感耦合等离子体-发射光谱法（ICP-OES）对200 µL电解质进行分析钠盐，电解液中钠的平均浓度约为1.42mol/L，NaPF6为主要的导电盐。

图3 电解质的GC-MS色谱图

使用配备火焰离子化检测器（FID）的气相色谱方法定量分析电解质的溶剂比例。从另外一个电池离心提取电解液，再次用二氯甲烷以1：100的比例稀释，随后使用GC-FID进行分析。首先，计算各检测溶剂的FID强度的积分，并乘以摩尔质量。然后将这些值除以从样本中获得的DMC的相对因子。测试2个电池计算平均值，得到结果为：41.8wt%的DMC、15.2wt%的EMC、14.3wt%的EP、7.3wt%的EC和21.4wt%的PC。

将一个不锈钢板垫片放置在纽扣电池壳内，将具有限定高度h为4 mm，内径d为10 mm的PTFE环放置在垫片上，把电500µL（理论内部空间314µL）解液封装在纽扣电池壳体内部，再放置另外一个垫片，封装纽扣电池壳体，采用EIS方法测试电解液的电导率。为了对比，同时还测试其他三种电解液，钠盐浓度都是1.2M，测试结果如图4和表4所示。根据以下公式计算电解液电导率：

图4 电解液的EIS测试结果

表4 电解液EIS电阻和离子电导率

为了验证EIS方法，使用常规电导率计对1.2M NaPF6的PC电解液进行测量，测得的电导率为0.64 S/m，与EIS结果接近。该钠离子电池电解液的离子电导率为0.98 S/m。

根据以下公式计算电解液的钠离子扩散系数：

式中， De表示扩散系数，ce 表示电解质中钠离子的浓度（1.42 mol/L)，σe 表示电解液的电导率。在25 °C时，钠离子扩散系数约为1.8e-10 m2/s。

活性物质分析

从拆解的电极上冲压出三个双面涂覆的直径20 mm圆形样品。测量样品重量后，将各样品溶解于12 mL王水中，溶解时间为15分钟，同时在170 °C加热沸腾。然后，过滤每份样品，并用去离子水稀释至总体积为100 mL。通过电感耦合等离子体-发射光谱法（ICP-OES）分析正负极活性物质成分。此外，还使用扫描电子显微镜（SEM）结合EDX分析活性材料的元素分布。测试结果如表5所示，分析结果包含电解液残留的钠盐，另外排除了集流体，质量分数为：25.3%Cu（负极）和12.1%Al（正极）。根据结果推断，正极的化学计量值Ni/Mn/Fe=1：1：1，即为镍-锰-铁（NaNixMnyFezO2，NMF）层状氧化物，具体为Na0.96Ca0.02Nix0.33Mn0.33Fe0.33O2。负极为硬碳。

表5 正负极活性物质元素分析

电极的孔隙结构

用压汞法分析了隔膜和正、负电极的孔结构，测试结果如图5所示。隔膜显示40.6%的最高孔隙率，负极和正极孔隙率分别为31.4%和29.9%。隔膜纳米级的孔径，其最常见的孔径在87.5 nm左右。正极和负极都表现出较大的孔径，分别为468 nm和687 nm。具体的正负极CT扫描形貌如图6-8所示。

图5 隔膜和正负极极片多孔结构分析

图6 正负极CT扫描形貌

图7 正负极CT扫描形貌

图8 负极（左侧）和正极（右侧）电极扫描电子显微镜照片

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动力电池，大变局！宁德时代、比亚迪新动向！

锂电那些事今日第三条2024年12月23日星期一2024年的尾声，动力电池产业走向一个新的变革节点。一方面，以头部企业为首的扩产项目不断上马；另一方面，以固态电池为代表的新型电池项目快速上量。头部企业加速扩产　　“扩产”仍然是动力电池行业下半年的关键词之一，只不过，这次扩产潮的主角更为集中。　　12月10日晚间，宁德时代宣布与Stellantis合作在西班牙阿拉贡自治区萨拉戈萨市兴建电池工厂。该电池工厂预计总投资规模40.38亿欧元，年产动力电池50GWh，产品目标客户为Stellantis。这座新工厂将是宁德时代在欧洲布局的第三个生产基地。　　11月26日，宁德时代洛阳基地首批电芯下仓出货，标志着基地首条电芯生产线正式投产。更早之前，今年10月，据当地媒体报道，宁德时代在四川落地的另一整车企业合作项目——时代吉利动力电池生产基地，也已完成扩能计划备案，产能将在现有规模上进一步提升。　　比亚迪7月8日宣布，公司与深汕特别合作区完成比亚迪汽车工业园三期项目签约，总投资65亿元，建设电池pack线及新能源汽车核心零部件工厂。　　另外，赣锋锂业与中创新航在今年三季度也有新项目签约。　　据盖世汽车不完全统计，今年三季度，动力电池企业在国内外新投建项目共计25个，总投资金额超991亿元，规划动力电池产能超281GWh，有18个项目处于待建（签约、公示、拟建）的状态。　　新型电池项目上量　　在动力电池产能发生结构性调整的同时，为应对激烈的市场竞争，契合市场需求的固态电池、大圆柱电池、快充电池等发展势头正旺。　　当下，固态电池再次成为市场热点话题。电池企业和车企加快布局固态电池的研发，固态电池产业化不断提速。目前，多家车企和电池厂公布固态电池相关进展。　　接受记者采访的业内人士普遍认为，尽管固态电池的产业化进程及技术成熟度仍有待观察，但固态电池代表的新型电池技术方向是比较明确的。“固态电池产业化持续催化，未来有望在电动车、储能多个领域广泛应用。固态电池可能是未来主机厂、电池企业要重点去突破并发展的一个方向。”华东地区一位电池行业人士告诉记者。　　此外，钠电池、大圆柱电池等电池技术路线也有产业化消息传来。近期，多家公司宣布钠离子电池量产。“大家对于新技术的关注还是基于目前锂电产品存在的一些痛点，如快充、长续航、安全性、高低温性能、高性价比等，这些促使行业不断突破和创新，寻找更优的解决方案。”受访人士告诉记者，随着应用场景的不断拓宽，不同的产品将有不同的生存空间。例如，钠电池将在对成本要求更高的储能、两轮电动车等市场有较大潜力，固态电池随着产业化程度的不断提升，在动力电池市场的空间将逐步被打开。　　新的应用场景被打开　　据TrendForce集邦咨询最新调查，随着飞行汽车、电动垂直起降飞行器（eVTOL）、城市空中交通（UAM）的发展，固态电池有望成为低空飞行载具的一项主流电池技术，预计在相关国家政策的支持下，全球低空飞行市场对固态电池的需求将于2030年达到86GWh，2035年进一步增长至302GWh。　　受访专家表示，从动力电池行业发展趋势来看，动力电池市场集中度会进一步提升，与市场端的结合也会越来越紧密，动力电池在应用场景上还会不断延伸。　　目前，头部企业在积极推动多元场景的电动化，例如船舶市场、工程机械市场、eVTOL市场等。对于处于行业调整期中的动力电池企业来说，可以努力提升产品品质，强化新技术研发，拓展新应用场景等，从而实现企业转型升级发展。锂电那些事免责声明本公众号部分内容来源于网络平台，小编整理，仅供学习与交流，非商业用途！对文中观点判断均保持中立，版权归原作者所有，如有报道错误或侵权，请尽快私信联系我们，我们会立即做出修正或删除处理。谢谢！来源：锂电那些事