三元鋰電池容量衰減的原因一般有哪些？
來源：寶鄂實業(yè)
2019-09-11 13:33
點擊量：次
一、正極材料的結(jié)構(gòu)變化
正極材料是鋰離子的主要來源，當鋰離子從正極中脫出時候，為了維持材料電中性狀態(tài)，金屬元素必然會被氧化到達一個高的氧化態(tài)，這里就伴隨了組分的轉(zhuǎn)變。組分的轉(zhuǎn)變?nèi)菀讓е孪噢D(zhuǎn)移和體相結(jié)構(gòu)的變化。電極材料相轉(zhuǎn)變可以引起晶格參數(shù)的變化及晶格失配，由此產(chǎn)生的誘導應力引起晶粒的破碎，并引發(fā)裂紋的傳播，造成材料的結(jié)構(gòu)發(fā)生機械破壞，從而引起電化學性能衰減。
二、負極材料結(jié)構(gòu)
商業(yè)化鋰電池常用的負極材料有碳材料、鈦酸鋰等，本文以典型負極石墨進行分析。鋰電池容量的衰減第一次發(fā)生于化成階段，在這個階段會在負極表面形成SEI，消耗部分鋰離子。
隨著鋰電池使用，石墨結(jié)構(gòu)的變化也會造成電池容量下降。LIU等研究了LiFePO4/C電池的容量衰減機制，同樣適用于三元鋰電池，研究發(fā)現(xiàn)循環(huán)后的碳材料雖然保持了石墨的形貌結(jié)構(gòu)，但是其晶面的半高寬變大，導致c軸方向的晶粒尺寸變小，晶體結(jié)構(gòu)的改變導致碳材料出現(xiàn)裂紋，進而破壞負極表面的SEI膜并促進SEI膜的修復，SEI膜的過度生長消耗活性鋰，因此造成了電池的不可逆容量衰減。
三、電解液的氧化分解與界面反應
電解液的性質(zhì)顯著影響鋰離子電池的比容量、壽命、倍率充放電性能、工作溫度范圍以及安全性能等。電解液主要包括溶劑、電解質(zhì)和添加劑三個部分。溶劑的分解、電解質(zhì)的分解都會導致電池容量的損失。電解液的分解和副反應是鋰電池容量衰減的主要因素，無論采用何種正負極材料、何種工藝，隨著鋰電池循環(huán)使用，電解液的分解及與正負極材料間發(fā)生的界面反應都會造成容量的衰減。
通過引入Co減少陽離子混合占位情況，有效穩(wěn)定材料的層狀結(jié)構(gòu)，引入Mn則可以降低成本提高材料的安全性和穩(wěn)定性。三元材料具有更優(yōu)異的電化學性能和穩(wěn)定性，已經(jīng)被世界主流鋰電廠商接受，應用于電動車、3C等領(lǐng)域。四、鋰電池使用條件
不得不提的是鋰電池的使用環(huán)境和條件對其容量的損害：(1)鋰電池濫用；(2)溫度因素。
影響鋰電池容量衰減的本質(zhì)是可脫嵌鋰離子含量的降低，其因素主要是正負極材料的結(jié)構(gòu)破壞或失活、電解液的分解、鋰電池的濫用等等。電池的充放電過程是一個復雜的電化學過程，導致電池容量衰減的因素也不是單一的，并且一個方面的惡化有可能會引發(fā)其他因素來共同影響電池的容量、循環(huán)性能、能量密度等。通過以上因素的分析，我們可以采取針對性的方案減少容量的損失，延長鋰電池使用壽命。
