三元材料鋰電池組容量衰退的原因
來(lái)源：寶鄂實(shí)業(yè)
2019-10-20 10:19
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很多朋友發(fā)現(xiàn)自己在使用三元鋰電池組的時(shí)候，發(fā)現(xiàn)在使用一段時(shí)間后，自己的鋰電池組的容量明顯的有所下降，變相的雖短了鋰電池組的使用循環(huán)時(shí)間。溫度絕對(duì)是影響鋰電池壽命的關(guān)鍵因素之一，過(guò)高的溫度或過(guò)低的溫度都會(huì)造成活性鋰離子含量的降低，從而減少鋰電池壽命。
三元材料鋰電池組容量衰退的原因
三元鋰電池組主要是通過(guò)內(nèi)部電極氧化反應(yīng)，將化學(xué)能轉(zhuǎn)化成電能的，鋰電池內(nèi)部結(jié)構(gòu)由電池的正極和負(fù)極材料以及電解液所構(gòu)成的，當(dāng)電池反復(fù)的充放電的時(shí)候，電池內(nèi)部的電機(jī)會(huì)使電池本體材料電極會(huì)產(chǎn)生晶體，引起電池內(nèi)部導(dǎo)電性能下降，也就是鋰離子的活性出現(xiàn)了下降，那么從而就會(huì)導(dǎo)致它的阻值增加，最后會(huì)影響到鋰電池容量的衰減，其實(shí)，從實(shí)際的環(huán)境來(lái)看的話(huà)，影響到電池衰退，有充放電的電壓，甚至是包括電池的充放電的功率以及環(huán)境的溫度。
目前，新能源汽車(chē)電池主要使用的是三元鋰電池組，那么對(duì)于三元鋰電池組來(lái)腳最大的點(diǎn)就是會(huì)怕環(huán)境的高溫，從而會(huì)影響到它的使用的壽命，當(dāng)然了，這個(gè)也會(huì)影響到能量密度，正在電動(dòng)汽車(chē)做功的功率上面來(lái)講，產(chǎn)生電池衰退主要是由于車(chē)輛在使用的過(guò)程當(dāng)中，為滿(mǎn)足不同的駕駛工況而采用不同的充放電倍率，充放電倍率越大，電池容量衰減的越快，其實(shí)也主要就是由于材料的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的改變，使得其內(nèi)部的離子擴(kuò)散變得相對(duì)來(lái)說(shuō)比較困難。
對(duì)于電池來(lái)講，內(nèi)阻不一致的話(huà)，就會(huì)是他內(nèi)部的電流電壓分配不均勻，從而會(huì)導(dǎo)致局部的單個(gè)電池出現(xiàn)欠壓的一種情況，綜合來(lái)看的話(huà)，影響動(dòng)力鋰電池組壽命的因素，其實(shí)還是非常多的，當(dāng)然各種因素也都是相互影響著。
首先，如果該電池是磷酸鐵鋰電池組的話(huà)，這種情況就屬于比較正常的了，因?yàn)榱姿徼F鋰電池正極材料的原因，其導(dǎo)電性本身就比同類(lèi)型的鋰電池要低一點(diǎn)，所以在使用的時(shí)候，磷酸鐵鋰電池組中的單節(jié)磷酸鐵鋰電池難免會(huì)出現(xiàn)不工作一致的現(xiàn)象。
鋰電池組所使用的鋰電池保護(hù)板工藝以及質(zhì)量太過(guò)差勁，其設(shè)置的保護(hù)參數(shù)不能準(zhǔn)確定位，導(dǎo)致鋰電池組的過(guò)充保護(hù)以及過(guò)放保護(hù)都不是很完善，所以長(zhǎng)期使用導(dǎo)致鋰電池組的性能大幅度下降也是常理之中。當(dāng)然還有一些原因也可能導(dǎo)致鋰電池組性能的下降，但是以上兩種是最為常見(jiàn)的兩種情況，其他原因就不在此一一列舉。
目前的鋰離子動(dòng)力電池的衰退也是不可避免的情況，隨著對(duì)動(dòng)力電池的技術(shù)不斷的提高，解決電池容量衰退的相關(guān)問(wèn)題用以延長(zhǎng)動(dòng)力電池的使用壽命顯得十分重要。當(dāng)然，這對(duì)電動(dòng)汽車(chē)的發(fā)展來(lái)說(shuō)也是至關(guān)重要的。
三元材料鋰電池容量的衰減原因
一、正極材料的結(jié)構(gòu)變化
正極材料是鋰離子的主要來(lái)源，當(dāng)鋰離子從正極中脫出時(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。
二、負(fù)極材料結(jié)構(gòu)
商業(yè)化鋰電池組常用的負(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。
三、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)致電池容量的損失。電解液的分解和副反應(yīng)是鋰電池組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。
此外，大倍率充放電也會(huì)造成鋰電池組容量損失，這是因?yàn)檎?fù)極在充放電過(guò)程會(huì)發(fā)生體積收縮和膨脹，而充放電電流越大，收縮膨脹越劇烈，應(yīng)力越大，從而正負(fù)極的顆粒在體積快速變化中更容易發(fā)生破裂或者從集流體剝離，導(dǎo)致循環(huán)衰減加快。
