延緩鋰電池的容量下降提升鋰電池的循環(huán)壽命的方法有哪些？
來源：寶鄂實業(yè)
2019-09-14 16:24
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1.金屬鋰的沉積
通過前面的分析，我們知道鋰離子電池當中是不應(yīng)該存在鋰的金屬形態(tài)，鋰元素要么是以金屬氧化物、碳鋰化合物的形態(tài)存在，要么是以離子的形態(tài)存在。
金屬鋰的沉積，一般發(fā)生在負極表面。由于一定的原因，鋰離子在遷移到負極表面時，部分鋰離子沒有進入負極活性物質(zhì)形成穩(wěn)定的化合物，而是獲得電子后沉積在負極表面成為金屬鋰，并且不再參與后續(xù)的循環(huán)過程，導致容量下降。
這種情況，一般有幾種原因造成：充電超過截止電壓；大倍率充電；負極材料不足。過充電或負極材料不足的時候，負極不能容納從正極遷移過來的鋰離子，導致金屬鋰的沉積發(fā)生。大倍率充電時，由于鋰離子短時間內(nèi)到達負極的數(shù)量過多，造成堵塞和沉積。
金屬鋰的沉積，不但會造成循環(huán)壽命的下降，嚴重時還會導致正負極短路，造成嚴重的安全問題。
要解決這個問題，就需要合理的正負極材料配比，同時嚴格限定鋰電池的使用條件，避免超過使用極限的情況。當然，從倍率性能著手，也可以局部改善循環(huán)壽命。
2.正極材料的分解
作為正極材料的含鋰金屬氧化物，雖然具有足夠的穩(wěn)定性，但是在長期的使用過程中，仍然會不斷的分解，產(chǎn)生一些電化學惰性物質(zhì)（如Co3O4，Mn2O3等）以及一些可燃性氣體，破壞了電極間的容量平衡，造成容量的不可逆損失。
這種情況在過充電情況下尤為明顯，有時甚至會發(fā)生劇烈的分解和氣體釋放，不但影響電池容量，還會造成嚴重的安全風險。
除了嚴格限定電池的充電截止電壓之外，提高正極材料的化學穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性，也是降低循環(huán)壽命下降速度的可行方法。
3.電極表面的SEI膜
前面講過，以碳材料為負極的鋰離子電池，在初次循環(huán)過程中，電解液會在電極表面形成一層固態(tài)電解質(zhì)（SEI）膜，不同的負極材料會有一定的差別，但SEI膜的成分主要由碳酸鋰、烷基酯鋰、氫氧化鋰等組成，當然也有鹽的分解產(chǎn)物，另外還有一些聚合物等。
EI膜并不是穩(wěn)定不變的，會在循環(huán)過程中不斷的破裂，露出來新的碳表面再與電解質(zhì)反應(yīng)形成新的SEI膜，這樣會不斷造成鋰離子和電解質(zhì)的持續(xù)損耗，導致電池的容量下降。SEI膜有一定的厚度，雖然鋰離子可以穿透，但是SEI膜會造成負極表面部分擴散孔道的堵塞，不利于鋰離子在負極材料的擴散，這也會造成電池容量的下降。
4.電解質(zhì)的影響
在不斷的循環(huán)過程中，電解質(zhì)由于化學穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性的局限，會不斷發(fā)生分解和揮發(fā)，長期累積下來，導致電解質(zhì)總量減少，不能充分的浸潤正負極材料，充放電反應(yīng)不完全，造成實際使用容量的下降。
電解質(zhì)中含有活潑氫的物質(zhì)和鐵、鈉、鋁、鎳等金屬離子雜質(zhì)。因為雜質(zhì)的氧化電位一般低于鋰離子電池的正極電位，易在正極表面氧化，氧化物又在負極還原，不斷消耗正負極活性物質(zhì)，引起自放電，即在非正常使用的情況下改變電池放電。電池壽命是以充放電循環(huán)次數(shù)而定的，含雜質(zhì)的電解液直接影響電池循環(huán)次數(shù)。
電解質(zhì)中還含有一定量的水，水會與電解質(zhì)中的LiFP6發(fā)生化學反應(yīng)，生產(chǎn)LiF和HF，HF進而又破壞SEI膜，生成更多的LiF，造成LiF沉積，不斷的消耗活性的鋰離子，造成電池循環(huán)壽命下降。
由以上分析可以看出，電解質(zhì)對鋰離子電池的循環(huán)壽命有非常重要的影響，選擇合適的電解質(zhì)，將能夠明顯的提升電池的循環(huán)壽命。
5.隔離膜阻塞或損壞
隔離膜的作用是將電池正負極分開防止短路。在鋰離子電池循環(huán)過程中，隔離膜逐漸干涸失效是電池早期性能衰退的一個重要原因。這主要是由于隔離膜本身的電化學穩(wěn)定性和機械性能不足，以及對電解質(zhì)對隔離膜的浸潤性在反復充電過程中變差造成的。由于隔離膜的干涸，電池的歐姆內(nèi)阻增大，導致充放電通道堵塞，充放電不完全，電池容量無法回復到初始狀態(tài)，大大降低了電池的容量和使用壽命。
6.正負極材料脫落
正負極的活性物質(zhì)，是通過粘結(jié)劑固定在基體上面的，在長期使用過程中，由于粘結(jié)劑的失效以及電池受到機械振動等原因，正負極的活性物質(zhì)不斷脫落，進入電解質(zhì)溶液，這導致能夠參與電化學反應(yīng)的活性物質(zhì)不斷減少，電池的循環(huán)壽命不斷下降。
粘結(jié)劑的長期穩(wěn)定性和電池良好的機械性能，將能夠延緩電池循環(huán)壽命的下降速度。
