如何改進鋰離子二次電池的性能？
來源：寶鄂實業(yè)
2019-08-19 22:26
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改進鋰離子二次電池性能的幾個問題
2．1提高電池容量
對于Li+插入化合物L(fēng)ixMe，理論電容量可按下試計算：
C=xF/3.6M(mAh/g)(2)
式中：F為法拉第常數(shù)；M為活性物質(zhì)MnYm的化學(xué)式量。對負極LixC6，當(dāng)x=1時，理論容量為372mAh/g,較之以鋰為負極時低50％，但RCB的安全性及快充特性彌補了這一不足。
對于正極CoO2、NiO2、Mn2O4、Cr3O8等，在4V（vsLi+/Li)時可以可逆嵌脫Li+，CoO2及NiO2可脫出鋰量為0．5mol，Li1+xMn2O4可脫出Li+1mol。由計算知，三者理論容量以CoO2最大，Mn2O4較?。?48mAh/g)，但三者相差不大，且都遠小于碳負極。
2．2電池壽命
電池壽命是評價電池優(yōu)劣的一個重要指標(biāo)，一般以電池容量降低到某一特定值的充、放電循環(huán)次數(shù)來度量。電池壽命與電極材料、電解質(zhì)種類及配比、充放電速率、放電深度和溫度等有關(guān)?？赡嫘院茫?、放電循環(huán)中結(jié)構(gòu)變化小的電極材料可使電池的壽命長；鋰鹽的選擇和溶劑的配比可影響SEI膜的質(zhì)量，凡可提高SEI膜的質(zhì)量者則又利于延長電池壽命；若在初次充電中電壓未達到Li+的嵌入電壓之前SEI膜就已形成，則電極的穩(wěn)定性就提高；加入添加劑、低速率放電利于延長電池壽命；在低溫下，SEI膜形成慢，以溶劑還原為主，鋰鹽的還原速度變慢，溶劑還原產(chǎn)物的沉積更為有序致密，電極鈍化更有效，利于延長電池的壽命。
2．3安全性
RCB電池并不是完全消除了安全性問題，不合理的工況也可破壞電池體系。
首先，SEI膜的生成消除了枝晶鋰的生長條件，降低了電池過熱或短路的機會，但放電太深可使負極達到鋰的析出電位，沉積同樣也可發(fā)生，這時正極中的Li+向電解液中逸出，為此，在鋰沉積前應(yīng)控制生成SEI膜。其次，在過充狀況時，電壓太高，導(dǎo)致電解質(zhì)分解，產(chǎn)生氣體和其他不安全的副反應(yīng)。表3列出一些溶劑的分解電壓值，可見EC-DMC（1∶1）可以穩(wěn)定在5V以上。
2．4自放電
自放電速率決定于SEI膜的特性和電池的密封狀況，凡可促進SEI膜的形成和穩(wěn)定的因素都利于降低電池的自放電率，選擇好的隔膜也利于消除自放電。
自放電機理可認為是：電解質(zhì)中溶劑在負極催化作用下獲得電子被還原，而負極上的鋰以Li+形式脫出或進入電解質(zhì)中，移向正極并嵌入正極材料中。前者的速率決定于負極的表面催化活性，與負極的比表面積成正比，故應(yīng)減少可使負極表面積增大的因素；后者速率則依賴于Li+嵌入正極中的動力學(xué)因素及正極材料的粒度。
2．1提高電池容量
對于Li+插入化合物L(fēng)ixMe，理論電容量可按下試計算：
C=xF/3.6M(mAh/g)(2)
式中：F為法拉第常數(shù)；M為活性物質(zhì)MnYm的化學(xué)式量。對負極LixC6，當(dāng)x=1時，理論容量為372mAh/g,較之以鋰為負極時低50％，但RCB的安全性及快充特性彌補了這一不足。
對于正極CoO2、NiO2、Mn2O4、Cr3O8等，在4V（vsLi+/Li)時可以可逆嵌脫Li+，CoO2及NiO2可脫出鋰量為0．5mol，Li1+xMn2O4可脫出Li+1mol。由計算知，三者理論容量以CoO2最大，Mn2O4較?。?48mAh/g)，但三者相差不大，且都遠小于碳負極。
2．2電池壽命
電池壽命是評價電池優(yōu)劣的一個重要指標(biāo)，一般以電池容量降低到某一特定值的充、放電循環(huán)次數(shù)來度量。電池壽命與電極材料、電解質(zhì)種類及配比、充放電速率、放電深度和溫度等有關(guān)?？赡嫘院茫?、放電循環(huán)中結(jié)構(gòu)變化小的電極材料可使電池的壽命長；鋰鹽的選擇和溶劑的配比可影響SEI膜的質(zhì)量，凡可提高SEI膜的質(zhì)量者則又利于延長電池壽命；若在初次充電中電壓未達到Li+的嵌入電壓之前SEI膜就已形成，則電極的穩(wěn)定性就提高；加入添加劑、低速率放電利于延長電池壽命；在低溫下，SEI膜形成慢，以溶劑還原為主，鋰鹽的還原速度變慢，溶劑還原產(chǎn)物的沉積更為有序致密，電極鈍化更有效，利于延長電池的壽命。
2．3安全性
RCB電池并不是完全消除了安全性問題，不合理的工況也可破壞電池體系。
首先，SEI膜的生成消除了枝晶鋰的生長條件，降低了電池過熱或短路的機會，但放電太深可使負極達到鋰的析出電位，沉積同樣也可發(fā)生，這時正極中的Li+向電解液中逸出，為此，在鋰沉積前應(yīng)控制生成SEI膜。其次，在過充狀況時，電壓太高，導(dǎo)致電解質(zhì)分解，產(chǎn)生氣體和其他不安全的副反應(yīng)。表3列出一些溶劑的分解電壓值，可見EC-DMC（1∶1）可以穩(wěn)定在5V以上。
2．4自放電
自放電速率決定于SEI膜的特性和電池的密封狀況，凡可促進SEI膜的形成和穩(wěn)定的因素都利于降低電池的自放電率，選擇好的隔膜也利于消除自放電。
自放電機理可認為是：電解質(zhì)中溶劑在負極催化作用下獲得電子被還原，而負極上的鋰以Li+形式脫出或進入電解質(zhì)中，移向正極并嵌入正極材料中。前者的速率決定于負極的表面催化活性，與負極的比表面積成正比，故應(yīng)減少可使負極表面積增大的因素；后者速率則依賴于Li+嵌入正極中的動力學(xué)因素及正極材料的粒度。
