鋰離子電池的性能及保養(yǎng)方法有哪些？
來源：寶鄂實(shí)業(yè)
2019-08-08 08:09
點(diǎn)擊量：次
由于成本、性能等因素的限制，目前商用的鋰離子電池電解液普遍采用LiPF6作為電解質(zhì)鹽，但是在鋰離子電池中含有少量水分的情況下，LiPF6非常容易發(fā)生自催化反應(yīng)產(chǎn)生HF，HF對(duì)正極材料的腐蝕會(huì)造成過渡元素的溶解，特別是Mn元素的溶解后會(huì)遷移到負(fù)極表面，破壞SEI膜，引起鋰離子電池容量下降、內(nèi)阻增大，這也是造成鋰離子電池性能下降的主要因素之一。
近日以色列巴伊蘭大學(xué)的AnjanBanerjee 設(shè)計(jì)了一款具有對(duì)電解液中的HF等路易斯酸進(jìn)行凈化功能的隔膜，從根本上避免因?yàn)镠F而引起的一系列問題，顯著提升鋰離子電池的性能。AnjanBanerjee 采用偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物作為隔膜的骨架，4-乙烯基吡啶（DVB-4VP）作為主要的功能材料添加在隔膜內(nèi)，隔膜的厚度為30um，孔隙率為43%，DVB-4VP的含量為2mg／cm2。實(shí)驗(yàn)顯示多功能隔膜的性質(zhì)與傳統(tǒng)的商業(yè)隔膜性質(zhì)非常相近。
為了驗(yàn)證隔膜的性能，Anjan Banerjee 分別采用LMO／Li和NMC622／Li扣式電池和LMO/石墨和NMC622/石墨方形電池進(jìn)行了電化學(xué)性能評(píng)估，下圖為LMO／石墨電池在55℃下循環(huán)性能，紅色的為空白對(duì)照組，藍(lán)色的功能隔膜實(shí)驗(yàn)組。高溫下電池的容量衰降會(huì)加速發(fā)生，因此能更加有效的檢驗(yàn)隔膜的有效性。從下圖我們可以看到在經(jīng)過四個(gè)周約180次循環(huán)后，空白對(duì)照組的容量損失約71%，而功能隔膜組容量損失為39%。
而從圖b中我們注意到，NMC622材料雖然經(jīng)過了高溫循環(huán)，但是晶體結(jié)構(gòu)沒有發(fā)生變化，這表明NMC622材料的晶體結(jié)構(gòu)非常穩(wěn)定，其在高溫下的容量損失主要是因?yàn)镾EI膜生長造成的內(nèi)阻增加，使得容量不能充分發(fā)揮。
AnjanBanerjee 根據(jù)上述實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和半電池的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析認(rèn)為造成NMC622材料容量損失的主要因素并不是Li+的損失，而是SEI膜生長造成的內(nèi)阻增加，這一推斷也得到了電池交流阻抗圖譜EIS的驗(yàn)證。下圖為LMO/石墨電池和NMC622/石墨電池的EIS圖譜，從圖上可以注意到對(duì)于LMO材料，功能隔膜降低電池內(nèi)阻的效果更加明顯，中高頻阻抗分別下降了2.5倍。對(duì)于NMC622材料而言，功能隔膜降低電池阻抗的效果就不那么明顯了，相比于對(duì)照組高頻阻抗僅下降25%，中頻阻抗下降約2倍。
綜合上面數(shù)據(jù)來看，Anjan Banerjee開發(fā)的這款具有自凈化功能的隔膜，能夠有效的中和電解液中的酸性物質(zhì)，減少由這些酸性物質(zhì)導(dǎo)致的副反應(yīng)，明顯降低由此導(dǎo)致的過渡金屬元素溶解，進(jìn)而減少過渡金屬元素對(duì)負(fù)極SEI膜的破壞，減少電池內(nèi)阻的能加，從而有效的提升鋰離子電池的循環(huán)性能。這對(duì)于含Mn元素較多的NMC材料和錳酸鋰材料而言非常重要，減少電解液中的HF能夠有效的提升采用這些材料的循環(huán)性能。
鋰離子電池的缺點(diǎn)
1、錯(cuò)誤使用存在安全隱患：由于鋰離子電池組成物質(zhì)非?；钴S，若使用錯(cuò)誤將會(huì)出現(xiàn)電解液分解、燃燒甚至爆炸的重大事故。
2、不同放電倍率對(duì)電池的可用容量影響較大。
3、過充電和過放電均會(huì)對(duì)電池造成不可恢復(fù)的損害：針對(duì)以上的缺點(diǎn)，一般大容量的鋰電池組均采用了保護(hù)裝置來監(jiān)視電池的使用過程。
4、低溫下電池性能明顯惡化，放電平臺(tái)下降、輸出功率減小、可用電量衰減等。
1、具有電子絕緣性，保證正負(fù)極的機(jī)械隔離；
2、有一定的孔徑和孔隙率，保證低的電阻和高的離子電導(dǎo)率，對(duì)鋰離子有很好的透過性；
3、耐電解液腐蝕，有足夠的化學(xué)和電化學(xué)穩(wěn)定性，這是由于電解質(zhì)的溶劑為強(qiáng)極性的有機(jī)化合物；
4、具有良好的電解液的浸潤性，并且吸液保濕能力強(qiáng)；
5、力學(xué)穩(wěn)定性高，包括穿刺強(qiáng)度、拉伸強(qiáng)度等，但厚度盡可能小；
6、空間穩(wěn)定性和平整性好；
7、熱穩(wěn)定性和自動(dòng)關(guān)斷保護(hù)性能好；
8、受熱收縮率小，否則會(huì)引起短路，引發(fā)電池?zé)崾Э?。除此之外，?dòng)力電池通常采用復(fù)合膜，對(duì)隔膜的要求更高。
鋰離子電池的減少內(nèi)部短路技術(shù)和熱關(guān)閉性能
在鋰電池中，隔膜吸收電解液后，可隔離正、負(fù)極，以防止短路，但同時(shí)還要允許鋰離子的傳導(dǎo)。而在過度充電或者溫度升高時(shí)，隔膜還要有高溫自閉性能，以阻隔電流傳導(dǎo)防止爆炸。不僅如此，鋰電池隔膜還要有強(qiáng)度高、防火、耐化學(xué)試劑、耐酸堿腐蝕性、生物相容性好、無毒等特點(diǎn)。
