鋰電池容量偏低的緣故是什么？
來源：寶鄂實(shí)業(yè)
2022-01-06 18:53
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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(dá)一個高的氧化態(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，從而引起鋰電池電化學(xué)性能衰減。
2、負(fù)極材料結(jié)構(gòu)
商業(yè)化鋰電池常用的負(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，在這個階段會在負(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)的變化也會造成電池容量下降。研究發(fā)現(xiàn)循環(huán)后的碳材料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
電解液的性質(zhì)顯著影響鋰電池的比容量、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)和添加劑三個部分。溶劑的分解、電解質(zhì)的分解都會導(dǎo)致電池容量的損失。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)都會造成容量的衰減。
4、快速充放電
快速充電時，電流密度過大，負(fù)極嚴(yán)重極化，鋰電池的沉積會更明顯，使在銅箔與碳類活性物質(zhì)邊界處的銅箔脆化，極易產(chǎn)生裂縫。電芯自發(fā)卷繞受到固定空間的限制，銅箔無法自由伸展產(chǎn)生壓力，在壓力的作用下，原有的裂縫擴(kuò)散生長，因擴(kuò)展空間不夠，銅箔發(fā)生斷裂。
5、長期深度充放電
放電要轉(zhuǎn)入從內(nèi)部結(jié)構(gòu)來說，一是會造成電解液過度揮發(fā)，二是鋰電池的負(fù)極過度反應(yīng)使其介質(zhì)膜發(fā)生變化造成脫嵌能力下降，形成容量的永久性損失;
充電主要從電壓穩(wěn)定性和到深夜電網(wǎng)電壓升高，本已經(jīng)停止充電的充電器，電壓升高后，又會繼續(xù)充電，造成電池過充電導(dǎo)致正極材料結(jié)構(gòu)變化容量損失，分解放氧與電解液劇烈氧化反應(yīng)進(jìn)而燃燒爆炸;電解液有機(jī)溶劑/電解質(zhì)鋰鹽分解;負(fù)極析鋰過放可能導(dǎo)致負(fù)極銅集電極溶解，正極形成銅枝晶。
6、溫度因素
溫度絕對是影響鋰電池壽命的關(guān)鍵因素之一，過高的溫度或過低的溫度都會造成活性鋰離子含量的降低，從而減少鋰電池壽命。
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