導(dǎo)致鋰電池容量衰減的原因是什么？
來(lái)源：寶鄂實(shí)業(yè)
2019-12-30 22:19
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鋰電池容量衰減的原因
鋰電池是繼鎘鎳電池、鎳氫電池之后發(fā)展最快的二次電池。鋰離子電池的應(yīng)用在很大程度上取決于其充放電循環(huán)的穩(wěn)定性。
1. 陰極材料的結(jié)構(gòu)變化
負(fù)極材料是鋰離子電池的主要原料。當(dāng)鋰電池沖出陽(yáng)極時(shí)，為了保持材料的中性狀態(tài)，金屬元素必然被氧化至高氧化狀態(tài)，同時(shí)伴隨著成分的變化。組分的變化容易引起相轉(zhuǎn)移和相結(jié)構(gòu)的變化。電極材料的相變可以引起晶格參數(shù)的變化和晶格不匹配,和誘導(dǎo)應(yīng)力引起的這可能導(dǎo)致糧食的斷裂,并導(dǎo)致裂紋的傳播,導(dǎo)致機(jī)械損傷的結(jié)構(gòu)材料,導(dǎo)致電化學(xué)性能的退化。
2. 陰極材料結(jié)構(gòu)
常用的鋰電池正極材料有碳材料、鈦酸鋰材料等。鋰電池容量的衰減首先發(fā)生在形成階段，在負(fù)極表面形成SEI，消耗部分鋰離子。隨著鋰電池的使用，石墨結(jié)構(gòu)的改變也會(huì)導(dǎo)致電池容量的下降。
而保持石墨的形態(tài)結(jié)構(gòu),但(002)晶面的半高寬度較大,導(dǎo)致小粒度的c軸,晶體結(jié)構(gòu)的變化將導(dǎo)致裂紋的碳材料,然后摧毀SEI膜表面的陰極,促進(jìn)SEI膜的修復(fù),SEI鋰消費(fèi)活動(dòng)的過(guò)度增長(zhǎng),造成鋰離子電池的不可逆容量衰減。
3.電解液的氧化分解和界面反應(yīng)
電解質(zhì)的性質(zhì)對(duì)鋰離子電池的比容量、壽命、充放電性能、工作溫度范圍和安全性能有顯著影響。電解液主要由三部分組成:溶劑、電解液和添加劑。溶劑分解、電解液分解會(huì)導(dǎo)致鋰電池容量的損失。電解液分解和副反應(yīng)是鋰電池容量衰減的主要因素。無(wú)論采用何種正極和負(fù)極材料和工藝，隨著鋰電池的回收利用，電解液的分解以及正極和負(fù)極材料之間的界面反應(yīng)都會(huì)引起容量衰減。
4. 積極反應(yīng)過(guò)度充電
當(dāng)正電活性物質(zhì)與負(fù)電活性物質(zhì)的比值過(guò)低時(shí)，就容易發(fā)生正電過(guò)充。鋰電池正極過(guò)充引起的容量損失主要是由于電化學(xué)惰性材料(如Co3O4、Mn2O3等)的生成，破壞了電極間的容量平衡，容量損失是不可逆的。
5. 電極不穩(wěn)定
在充電過(guò)程中，不穩(wěn)定的正極活性物質(zhì)會(huì)與電解液發(fā)生反應(yīng)，降低充電容量。結(jié)構(gòu)缺陷、炭黑含量和高充電電位是影響陰極材料失穩(wěn)的主要因素。
隨著鋰電池可用面積的縮小，可充電的能量減少，充電時(shí)間縮短。在大多數(shù)情況下，鋰電池容量由于循環(huán)和老化呈線性下降。
6. 儲(chǔ)存溫度
充放電周期并不是鋰電池容量衰減的唯一原因。鋰電池在高溫下儲(chǔ)存也會(huì)導(dǎo)致容量衰減。一個(gè)充滿電的鋰電池在40°c(104°F)下儲(chǔ)存一年而不使用會(huì)導(dǎo)致35%的容量損失。超高速充電也不利于電池，會(huì)使電池壽命縮短一半，單鋰電池的情況就很明顯。鋰離子電池的能量更高，但由于不同電池之間的差異，它們的能量差別特別小。
鋰電池需要不斷地計(jì)算其容量衰減和最終壽命。如果電池容量降低到80%，就需要更換電池組，鋰電池的最終壽命極限應(yīng)該根據(jù)應(yīng)用程序、用戶偏好和公司的保證而有所不同。
