導(dǎo)致鋰電池?fù)p耗的原因有哪些？
來(lái)源：寶鄂實(shí)業(yè)
2019-04-24 13:36
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鋰在兩個(gè)電極間發(fā)生嵌入反應(yīng)時(shí)具有不同的嵌入能量，而為了得到電池的最佳性能，兩個(gè)宿主電極的容量比應(yīng)該保持一個(gè)平衡值。在鋰離子電池中，容量平衡表示成為正極對(duì)負(fù)極的質(zhì)量比，
即：γ=m+/m-=ΔxC-/ΔyC+
式中C指電極的理論庫(kù)侖容量，Δx、Δy分別指嵌入負(fù)極及正極的鋰離子的化學(xué)計(jì)量數(shù)。
從上式可以看出，兩極所需要的質(zhì)量比依賴(lài)于兩極相應(yīng)的庫(kù)侖容量及其各自可逆鋰離子的數(shù)目。一般說(shuō)來(lái)，較小的質(zhì)量比導(dǎo)致負(fù)極材料的不完全利用；較大的質(zhì)量比則可能由于負(fù)極被過(guò)充電而存在安全隱患?？傊谧顑?yōu)化的質(zhì)量比處，電池性能最佳。
以上只是理想的鋰離子電池系統(tǒng)，在其循環(huán)周期內(nèi)容量平衡不會(huì)發(fā)生改變，實(shí)際情況卻復(fù)雜得多。任何能夠產(chǎn)生或消耗鋰離子或電子的副反應(yīng)都可能導(dǎo)致電池容量平衡的改變，一旦電池的容量平衡狀態(tài)發(fā)生改變，這種改變就是不可逆的，并且可以通過(guò)多次循環(huán)進(jìn)行累積，對(duì)電池性能產(chǎn)生嚴(yán)重影響。
在鋰離子電池中，除了鋰離子脫嵌時(shí)發(fā)生的氧化還原反應(yīng)外，還存在著大量的副反應(yīng)，如電解液分解、活性物質(zhì)溶解、金屬鋰沉積等。
容量衰減的可能原因有哪些？
1.電池的自放電
自放電是指電池在未使用狀態(tài)下，電容量自然損失的現(xiàn)象。鋰離子電池自放電導(dǎo)致容量損失分兩種情況：一是可逆容量損失；二是不可逆容量的損失?？赡嫒萘繐p失是指損失的容量能在充電時(shí)恢復(fù)，而不可逆容量損失則相反，正負(fù)極在充電狀態(tài)下可能與電解質(zhì)發(fā)生副反應(yīng)（微電池反應(yīng)），發(fā)生鋰離子嵌入與脫嵌，正負(fù)極嵌入和脫嵌的鋰離子只與電解液的鋰離子有關(guān)，正負(fù)極容量因此不平衡，充電時(shí)這部分容量損失不能恢復(fù)。
如正極和溶劑的反應(yīng)：LiyMn2O4+xLi++xe→Liy+xMn2O4
溶劑分子(如PC)在導(dǎo)電性物質(zhì)碳黑或集流體表面上作為微電池負(fù)極氧化：xPC→xPC-自由基+xe ；
負(fù)極和溶質(zhì)LiPF6的還原反應(yīng)
PF5+xe→PF5-x
充電狀態(tài)下的碳化鋰作為微電池的負(fù)極脫去鋰離子而被氧化:
LiyC6→Liy-xC6+xLi++xe
2.電極不穩(wěn)定性
包括電極在充放電/循環(huán)過(guò)程中結(jié)構(gòu)變化，正極由于結(jié)構(gòu)缺陷造成的溶解
3.集流體的腐蝕
銅和鋁分別是負(fù)極和正極集流體最常用的材料。
集流體腐蝕與電解液有關(guān)，在LiPF6-EC/DMC電解液中，電壓為4.2V(vs.Li/Li+)即可腐蝕鋁箔，鋁箔無(wú)論是在空氣中還是在電解液中都比較容易在表面形成氧化物膜，同時(shí)，集流體表面全面腐蝕和局部腐蝕（如點(diǎn)蝕）以及粘附性差等原因都會(huì)使得電極反應(yīng)阻力增大，電池內(nèi)阻增加，導(dǎo)致容量損失和放電效率降低。銅集流體在使用過(guò)程中腐蝕生成一層絕緣腐蝕產(chǎn)物膜。致使電池內(nèi)阻增大，循環(huán)過(guò)程中放電效率下降，造成容量損失。
另外還有使用過(guò)程中的過(guò)充、過(guò)放，電解液的分解都會(huì)引起鋰離子電池容量的損失。
