注液后电压浅谈

锂电池为什么在注液后显示电压呢？那这个电压值又是怎么来的呢？之前文章有初步讲过，接下来这篇文章我会更加详细的解答这两个问题。

      我们都知道锂离子电池是由正负极、隔膜和电解液四部分构成。要回答注液后为什么会产生电压这个问题，我们应该了解有关原电池的基础知识。

      原电池是指通过氧化还原反应而产生电流的装置，也可以说是将化学能转变成电能的装置。而锂离子电池便属于原电池，通过电极材料的氧化还原反应而产生电流。原电池的核心组成为四个部分：

1.电极-发生氧化还原反应；

2.电解液-提供离子传导介质，维持电荷平衡；

3.隔膜-防止正负极直接接触导致短路，同时允许离子通过；

4.外电路-连接正负极，形成电子流动路径；        

现在把原电池的核心四部分转移到锂电池上，那我们就会发现在电解液注入后，提供了锂离子（Li⁺）在正负极之间迁移的通道。在无电解液的情况下，电极间缺乏离子通路，无法形成电化学反应。而电解液的加入激活了锂离子电池的电化学反应，电解液中的锂盐（如LiPF₆）解离为Li⁺和阴离子，使锂离子能够参与电极反应，形成闭合的离子回路，进而显示出电压，该电压也就是我们所说的开路电压（OCV）。

开路电压是指电池无负载时的正负极电势差，反映材料本征特性，表达式为E=φc-φa，其中E代表的是电动势，φc是阴极的电势，φa是阳极的电势。在电化学中，原电池的电动势等于阴极（正极）电势减去阳极（负极）电势。（但是为什么是阴极电势减去阳极电势，而不是反过来。这时候需要解释电极的命名和电势的高低。在原电池中，阳极发生氧化反应，电势较低；阴极发生还原反应，电势较高。因此，电动势E=φc-φa为正值，代表电池可以自发产生电流。）这个开路电压也和我们电池化成前的电压接近，所以我们电芯化成前会显示电压。    

那为什么不同材料的化成前电压都不一样呢？

这个电压值受到多种因素的影响，主要是正负极材料，当然也包括其他的因素比如温度，这里就不详细说明了。接下来我们以常用的磷酸铁锂和石墨来解释开路电压的具体数值是怎么来的。

磷酸铁锂（LixFePO4）在未充电状态下，也就是化成前是没有未脱出锂离子，其材料LixFePO4的x接近1，φc(V vs Li+/Li) = 3.1V，而石墨电极也没有未嵌入锂，其电位φc(V vs H+/H) = 0V，而金属锂的电位φa(V vs Li+/Li) = -3.04V，因此，石墨化成前的电压为3.04V。所以磷酸铁锂和石墨在化成前的电压约为0.06V

当然以上的电压仅仅是开路电压的一个参考值。（实际值实验中：以我们做的试验为例：磷酸铁锂-石墨为0.20V左右、三元-石墨为0.27V左右、三元-硅碳为0.19V左右。注：并不完全等同于所有体系），因为受多种原因的影响，化成前电池电压显示受到多种因素的影响。

总之，锂电池注液后产生电压的本质是

①电解液的离子导通作用：电解液激活了正负极之间的电化学反应，使锂离子迁移和电荷分离成为可能，从而在电极间形成电势差。这一过程是电池从“非活性”状态转变为“电化学活性”状态的关键步骤

②电极材料的本征电势差：注液后，电解液浸润电极，正负极通过电解液形成离子通路。材料的电势差直接导致了开路电压的产生。

③电极表面的双电层效应：电解液浸润电极表面时，正负极材料与电解液接触界面会形成双电层（电荷分离层）。这种电荷分离会产生瞬时电位差，贡献初始电压。

       不要小看这个注液后的电压数据，其做为化成前的上柜电压还是可以反应出一些问题的。如化成前的电压过低，推测电芯在前中工序的制程当中可能会出现极耳虚焊，断裂；注液量不足，内部微短路等情况，具体的原因需要逐一去排查。