鋰電池容量衰減的原因

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膜的過度生長消耗活性鋰，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、正極過充反應(yīng)

當(dāng)正極活性物相對(duì)于負(fù)極活性物比例過低時(shí)，容易發(fā)生正極過充電。鋰電池正極過充導(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)過高，其中正極材料結(jié)構(gòu)缺陷是影響因素中的重中之重。