，為什么鋰離子電池在使用的過程中，會(huì)發(fā)生衰降呢？首先我們必須清楚，在鋰離子電池的內(nèi)部，除了正常的鋰離子嵌入和脫嵌正負(fù)極的反應(yīng)，還會(huì)存在很多副反應(yīng)，例如SEI膜的生成和生長(zhǎng)，電解液分解，粘結(jié)劑分解，正負(fù)極活性物質(zhì)破裂等等因素，都會(huì)造成鋰離子電池的容量下降。雖然造成鋰離子電池衰降的因素很多，但是歸結(jié)起來可以分為三個(gè)大類：1）鋰損失，由于鋰離子電池是一個(gè)封閉系統(tǒng)，內(nèi)部的物質(zhì)是恒定的，SEI膜的生成、破壞，負(fù)極析鋰等都會(huì)消耗僅有的Li資源;2）正極活性物質(zhì)損失，在鋰離子電池使用的過程中往往會(huì)發(fā)生正極材料顆粒破碎，粘結(jié)劑分解和正極材料晶體結(jié)構(gòu)改變等因素，這些都會(huì)導(dǎo)致一部分正極活性物質(zhì)失去嵌鋰等能力;3）負(fù)極活性物質(zhì)損失，例如負(fù)極活性物質(zhì)脫落，粘結(jié)劑分解等因素，都會(huì)導(dǎo)致部分負(fù)極活性物質(zhì)顆粒失去與導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)的導(dǎo)電連接，從而使其無法嵌鋰，造成鋰離子電池容量損失。

 

近日，英國(guó)牛津大學(xué)的Christoph R. Birkl提出了利用電池的開路電壓對(duì)鋰離子電池進(jìn)行檢測(cè)的方法。鋰離子電池的開路電壓是正極和負(fù)極之間的電勢(shì)差，反應(yīng)了鋰離子電池的熱力學(xué)特性，因此能夠?yàn)槲覀兲峁┴S富的關(guān)于正負(fù)極的信息。Christoph R. Birkl利用扣式電池對(duì)造成鋰離子電池衰降的三種模式對(duì)電池開路電壓的影響進(jìn)行了試驗(yàn)驗(yàn)證，發(fā)現(xiàn)通過對(duì)電池的開路電壓曲線的檢測(cè)，就可以辨別出造成電池衰降的模式。可以說Christoph R. Birkl的工作，為鋰離子電池系統(tǒng)的管理作出了突破性的貢獻(xiàn)。

 

淺談鋰離子電池衰降機(jī)理

 

Christoph R. Birkl利用從某商業(yè)方形電池拆下的電極制作成了扣式電池，并模擬了三種鋰離子電池衰降模式：1）鋰損失;2）負(fù)極活性物質(zhì)損失;3）正極活性物質(zhì)損失。為了保證試驗(yàn)的準(zhǔn)確性，所有實(shí)驗(yàn)電池都需要首先在恒溫箱里穩(wěn)定3h，以達(dá)到熱平衡。在試驗(yàn)中測(cè)得了兩種電壓，一種是在充放電過程中測(cè)得的電壓，這也倍稱作假電壓，假電壓可以用來輔助判斷鋰離子電池的衰降模式。而真正能夠?qū)ε袛噤囯x子電池衰降模式的是鋰離子電池的開路電壓。

淺談鋰離子電池衰降機(jī)理

 

首先Christoph R. Birkl根據(jù)扣式電池極片的面積計(jì)算得到了扣式電池的理論容量，然后通過對(duì)正極極片進(jìn)行充電脫鋰模擬了不同程度的鋰鋰離子損失，通過對(duì)負(fù)極極片進(jìn)行裁切模擬了負(fù)極活性物質(zhì)損失，對(duì)正極極片裁切模擬了正極活性物質(zhì)損失。為了對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析，Christoph R. Birkl利用柱狀圖建立了一個(gè)物理模型，如上圖所示，其中左側(cè)為負(fù)極的SoC狀態(tài)，右側(cè)為正極的SoC狀態(tài)，上圖模型為正常電池的模型，從圖上可以看到在正常電池設(shè)計(jì)中，一般會(huì)負(fù)極的容量設(shè)計(jì)的稍微高一些，這一般稱作正負(fù)極冗余，適當(dāng)?shù)娜哂嗫梢员ＷC鋰離子電池循環(huán)性能，也能在鋰離子電池發(fā)生過充的情況下能夠容納足夠的鋰，確保鋰不析出，保證電池的安全性。