鋰電池容量衰減的主要原因是什么？
來(lái)源：寶鄂實(shí)業(yè)
2019-09-22 13:32
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鋰電池是繼鎘鎳電池、氫鎳電池之后發(fā)展最快的二次電池.鋰離子電池的應(yīng)用很大程度取決于其充放電循環(huán)的穩(wěn)定性,和其它二次電池一樣,鋰離子電池在循環(huán)過(guò)程中容量衰減是不可避免的。
1、正極材料的結(jié)構(gòu)變化
正極材料是鋰離子電池的主要來(lái)源，當(dāng)鋰電池從正極中脫出時(shí)候，為了維持材料電中性狀態(tài)，金屬元素必然會(huì)被氧化到達(dá)一個(gè)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?dǎo)致相轉(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(dǎo)應(yīng)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(jī)械破壞，從而引起電化學(xué)性能衰減。
2、負(fù)極材料結(jié)構(gòu)
鋰電池常用的負(fù)極材料有碳材料、鈦酸鋰等，本文以典型負(fù)極石墨進(jìn)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(gè)階段會(huì)在負(fù)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(huì)造成電池容量下降。
雖然保持了石墨的形貌結(jié)構(gòu)，但是其(002)晶面的半高寬變大，導(dǎo)致c軸方向的晶粒尺寸變小，晶體結(jié)構(gòu)的改變導(dǎo)致碳材料出現(xiàn)裂紋，進(jìn)而破壞負(fù)極表面的SEI膜并促進(jìn)SEI膜的修復(fù)，SEI膜的過(guò)度生長(zhǎng)消耗活性鋰，因此造成了鋰電池的不可逆容量衰減。
3、電解液的氧化分解與界面反應(yīng)
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(gè)部分。溶劑的分解、電解質(zhì)的分解都會(huì)導(dǎo)致鋰電池容量的損失。電解液的分解和副反應(yīng)是鋰電池容量衰減的主要因素，無(wú)論采用何種正負(fù)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(fù)極材料間發(fā)生的界面反應(yīng)都會(huì)造成容量的衰減。
4、正極過(guò)充反應(yīng)
當(dāng)正極活性物相對(duì)于負(fù)極活性物比例過(guò)低時(shí)，容易發(fā)生正極過(guò)充電。鋰電池正極過(guò)充導(dǎo)致容量損失主要是由于電化學(xué)惰性物質(zhì)(如Co3O4，Mn2O3等)的產(chǎn)生，破壞了電極間的容量平衡，其容量損失是不可逆的。
5、電極不穩(wěn)定性
在充電時(shí)正極活性物質(zhì)不穩(wěn)定會(huì)與電解質(zhì)反應(yīng)造成容量降低。影響正極材料不穩(wěn)定因素有正極材料結(jié)構(gòu)缺陷、炭黑含量、充電電勢(shì)過(guò)高，其中正極材料結(jié)構(gòu)缺陷是影響因素中的重中之重。
隨著鋰電池的可用區(qū)域縮小，可填充的能量降低，充電時(shí)間逐漸縮短。在大多數(shù)情況下，由于周期循環(huán)和老化的原因，鋰電池容量呈線(xiàn)性衰減。
6、存儲(chǔ)溫度
充放電循環(huán)并不是鋰電池容量衰減的唯一原因，高溫下存儲(chǔ)鋰電池也會(huì)導(dǎo)致容量衰減。一個(gè)充滿(mǎn)電的鋰電池在40℃(104°F)保存一年而不使用的情況下會(huì)造成35%的容量損失。超快速充放對(duì)電池也是有害的，會(huì)使電池壽命減少一半，這對(duì)于單體鋰電池是非常明顯的。鋰電池組比能量高，但由于單體電池的差異而顯得特別微妙。
