三元材料鋰電池容量衰減的原因

●三元鋰電池正極材料的結構變化

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變。組分的轉變?nèi)菀讓е孪噢D移和體相結構的變化。電極材料相轉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，造成材料的結構發(fā)生機械破壞，從而引起電化學性能衰減。

KIM等對層狀LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2正極材料的微觀結構進行了研究分析，由于Li+(0.76)與Ni2+(0.69)有相近的離子半徑，富鎳材料較易出現(xiàn)Ni2+向Li+空穴遷移的情況，導致產(chǎn)生結構的無序性；體積的反復變化導致活性材料產(chǎn)生裂紋及孔隙，隨著循環(huán)的進行，材料結構逐漸由菱方結構轉變成尖晶石相，在循環(huán)初期結構的激烈變化導致容量及電壓的快速衰退。

●三元鋰電池負極材料結構

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。

 

三元材料鋰電池的優(yōu)點

三元材料因其價格低廉，性能穩(wěn)定，被稱為是鋰電池的首選材料，而以三元材料為正極的鋰電池更是具有多種優(yōu)點。

1、正極為三元鋰電池材料，負極為人造石墨與其他先進負極材料的混合體。

2、疊片式軟包裝工藝，該結構電流集流均勻、散熱性好、提升了電池倍率性能。

3、采用專利技術處理的隔膜，提高了三元鋰電池本體安全性，單體電池及模塊經(jīng)過跌落、擠壓、針刺、熱箱、過充過放等安全性評價試驗，滿足中國有關電池的標準法規(guī)要求。

 

三元材料鋰電池的缺點

安全性較差和循環(huán)壽命較短是三元鋰電池的主要短板，尤其是安全性能，是一直限制其大規(guī)模配組，和大規(guī)模集成應用的一個主要因素。大量實測表明，容量較大的三元電池很難通過針刺和過充等安全性測試，這也是大容量電池中一般都要多引入錳元素，甚至混合錳酸鋰一起使用的原因。500次的循環(huán)壽命在鋰電池中屬于中等偏下，因此三元鋰電池目前主要的應用領域是3C數(shù)碼等消費類電子產(chǎn)品。