電池內(nèi)部性能衰減的速率和程度是一致的嗎？哪些因素決定電池衰老？
來源：寶鄂實業(yè)
2019-04-25 10:27
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負極沉積的非活性Li主要以兩種形式存在，一種是電極表面沉積的非活性金屬Li；另外一種是存在于負極SEI膜中的化合物L(fēng)i，這一點我們能夠從下圖b中電池B和C的負極顆粒表面厚厚的SEI膜中看到。
下圖為18650電池的可逆容量衰降與Li損失之間的關(guān)系，可以看到活性Li的損失與電池可逆容量的損失具有非常強的相關(guān)性，表明對于該電池而言循環(huán)過程中的活性Li損失是導(dǎo)致電池可逆容量衰降和跳水的主要原因。
為了分析負極活性Li損失的反應(yīng)機理，作者按照下圖所示的位置分別在負極不同的位置進行了取樣和制作三電極電池，用于分析正負極的充放電特性。
下圖為A電池的5號位置與B電池的2和3號位置的正負極的dQ/dV曲線，從圖中能夠看到2號位置的負極在0.15V的峰降低了1/3，在0.1V的峰則幾乎完全消失，NCM的dQ/dV曲線則能夠看到工作電壓范圍明顯變窄，這都表明位置2的電極出現(xiàn)了明顯的Li損失，相比之下B電池的位置3處Li的損失要明顯的輕于位置2?？梢钥吹剑幢闶窃谕恢浑姵貎?nèi)部不同位置之間仍然存在衰降速度不一致的現(xiàn)象。
這種電池內(nèi)部的衰降不一致現(xiàn)象在循環(huán)壽命末期的電池中是非常普遍的，從下圖我們可以看到對于電池A，所有的位置的dQ/dV曲線形狀幾乎都是非常一致的。但是對于電池B，其1號和2號位置的活性Li的損失就要明顯比其他位置嚴(yán)重，而電池C不同位置的dQ/dV曲線都出現(xiàn)了顯著的區(qū)別，表明C電池內(nèi)部不同位置之間的衰降速度也存在很大的區(qū)別。
引起鋰離子電池內(nèi)部不均勻衰降的因素可能包括溫度梯度、壓力不均勻和電壓差等因素，作者也分別對這些因素進行了分析。
下圖為在鋰離子電池快速充放電過程中電池表面的溫度，我們分別在電池的軸向上取三個點測量電池溫度的變化，我們在電池B中觀察到負極析Li是從中間位置開始的，因此如果是溫度的影響，那么在電池在軸向上應(yīng)該存在顯著的溫度梯度。但是測量發(fā)現(xiàn)三個測量點的溫度分別為48.4℃、48.9℃和48.3℃，中間部分與電池兩端的溫差僅為0.6℃，這么小的溫差不足以造成中間析Li的現(xiàn)象，所以在本實驗中溫度并不是造成電池內(nèi)部衰降速度不一致的原因。
下圖為18650電池的可逆容量衰降與Li損失之間的關(guān)系，可以看到活性Li的損失與電池可逆容量的損失具有非常強的相關(guān)性，表明對于該電池而言循環(huán)過程中的活性Li損失是導(dǎo)致電池可逆容量衰降和跳水的主要原因。
為了分析負極活性Li損失的反應(yīng)機理，作者按照下圖所示的位置分別在負極不同的位置進行了取樣和制作三電極電池，用于分析正負極的充放電特性。
下圖為A電池的5號位置與B電池的2和3號位置的正負極的dQ/dV曲線，從圖中能夠看到2號位置的負極在0.15V的峰降低了1/3，在0.1V的峰則幾乎完全消失，NCM的dQ/dV曲線則能夠看到工作電壓范圍明顯變窄，這都表明位置2的電極出現(xiàn)了明顯的Li損失，相比之下B電池的位置3處Li的損失要明顯的輕于位置2?？梢钥吹剑幢闶窃谕恢浑姵貎?nèi)部不同位置之間仍然存在衰降速度不一致的現(xiàn)象。
這種電池內(nèi)部的衰降不一致現(xiàn)象在循環(huán)壽命末期的電池中是非常普遍的，從下圖我們可以看到對于電池A，所有的位置的dQ/dV曲線形狀幾乎都是非常一致的。但是對于電池B，其1號和2號位置的活性Li的損失就要明顯比其他位置嚴(yán)重，而電池C不同位置的dQ/dV曲線都出現(xiàn)了顯著的區(qū)別，表明C電池內(nèi)部不同位置之間的衰降速度也存在很大的區(qū)別。
引起鋰離子電池內(nèi)部不均勻衰降的因素可能包括溫度梯度、壓力不均勻和電壓差等因素，作者也分別對這些因素進行了分析。
下圖為在鋰離子電池快速充放電過程中電池表面的溫度，我們分別在電池的軸向上取三個點測量電池溫度的變化，我們在電池B中觀察到負極析Li是從中間位置開始的，因此如果是溫度的影響，那么在電池在軸向上應(yīng)該存在顯著的溫度梯度。但是測量發(fā)現(xiàn)三個測量點的溫度分別為48.4℃、48.9℃和48.3℃，中間部分與電池兩端的溫差僅為0.6℃，這么小的溫差不足以造成中間析Li的現(xiàn)象，所以在本實驗中溫度并不是造成電池內(nèi)部衰降速度不一致的原因。
