電動(dòng)汽車鋰電池衰退的原因到底是什么？
來源：寶鄂實(shí)業(yè)
2019-06-26 11:10
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鋰電池主要是通過內(nèi)部電極氧化反應(yīng)，將化學(xué)能轉(zhuǎn)化成電能的，鋰電池內(nèi)部結(jié)構(gòu)由電池的正極和負(fù)極材料以及電解液所構(gòu)成的，當(dāng)電池反復(fù)的充放電的時(shí)候，電池內(nèi)部的電機(jī)會(huì)使電池本體材料電極會(huì)產(chǎn)生晶體，引起電池內(nèi)部導(dǎo)電性能下降，也就是鋰離子的活性出現(xiàn)了下降，那么從而就會(huì)導(dǎo)致它的阻值增加，最后會(huì)影響到電池容量的衰減，其實(shí)，從實(shí)際的環(huán)境來看的話，影響到電池衰退，有充放電的電壓，甚至是包括電池的充放電的功率以及環(huán)境的溫度。
目前，新能源汽車電池主要使用的是三元鋰電池，那么對(duì)于三元鋰電池來腳最大的點(diǎn)就是會(huì)怕環(huán)境的高溫，從而會(huì)影響到它的使用的壽命，當(dāng)然了，這個(gè)也會(huì)影響到能量密度，正在電動(dòng)汽車做功的功率上面來講，產(chǎn)生電池衰退主要是由于車輛在使用的過程當(dāng)中，為滿足不同的駕駛工況而采用不同的充放電倍率，充放電倍率越大，電池容量衰減的越快，其實(shí)也主要就是由于材料的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的改變，使得其內(nèi)部的離子擴(kuò)散變得相對(duì)來說比較困難。
對(duì)于電池來講，內(nèi)阻不一致的話，就會(huì)是他內(nèi)部的電流電壓分配不均勻，從而會(huì)導(dǎo)致局部的單個(gè)電池出現(xiàn)欠壓的一種情況，綜合來看的話，影響動(dòng)力電池組壽命的因素，其實(shí)還是非常多的，當(dāng)然各種因素也都是相互影響著，目前的鋰離子動(dòng)力電池的衰退也是不可避免的情況，隨著對(duì)動(dòng)力電池的技術(shù)不斷的提高，解決電池容量衰退的相關(guān)問題用以延長(zhǎng)動(dòng)力電池的使用壽命顯得十分重要。當(dāng)然，這對(duì)電動(dòng)汽車的發(fā)展來說也是至關(guān)重要的。
“磁鐵礦，以及其他轉(zhuǎn)換型電極材料（即與鋰反應(yīng)時(shí)轉(zhuǎn)化成全新產(chǎn)品的材料），可以比現(xiàn)在的電極材料儲(chǔ)存更多的能量，因?yàn)樗鼈兛梢匀菁{更多的鋰離子，”研究負(fù)責(zé)人、功能納米材料中心電子顯微鏡組(CFN)組長(zhǎng)——布魯克海文國(guó)家實(shí)驗(yàn)室美國(guó)能源部（DOE）科學(xué)用戶設(shè)施辦公室。“然而，這些材料的能力下降非?？欤⑷Q于電流密度。例如，我們對(duì)磁鐵礦進(jìn)行的電化學(xué)測(cè)試表明，磁鐵礦的容量在前10個(gè)高速充電和放電循環(huán)中迅速下降。”
為了找出這種不良循環(huán)穩(wěn)定性背后的原因，科學(xué)家們描述了當(dāng)電池完成100個(gè)循環(huán)時(shí)，磁鐵礦的晶體結(jié)構(gòu)和化學(xué)性質(zhì)是如何演變的。在這些表征研究中，他們結(jié)合了CFN的透射電子顯微鏡（TEM）和阿貢國(guó)家實(shí)驗(yàn)室DOE科學(xué)用戶辦公室高級(jí)光子源（APS）的同步輻射X射線吸收光譜（XAS）。在透射電子顯微鏡（TEM）中，電子束通過樣品傳輸，以產(chǎn)生具有材料結(jié)構(gòu)特征的圖像或衍射圖樣；XAS使用X射線束來探測(cè)材料的化學(xué)性質(zhì)。
研究發(fā)現(xiàn)鋰電池衰退的原因：氧化鋰的積累和電解質(zhì)分解
利用這些技術(shù)，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)磁鐵礦在第一次放電時(shí)完全分解成金屬鐵納米顆粒和氧化鋰。在接下來的反應(yīng)中，這種轉(zhuǎn)化反應(yīng)是不完全可逆的——金屬鐵和氧化鋰的殘留物仍然存在。此外，磁鐵礦的原始“尖晶石”結(jié)構(gòu)在帶電狀態(tài)下演化為“巖鹽”結(jié)構(gòu)（兩種結(jié)構(gòu)中鐵原子的位置并不完全相同）。隨著隨后的充放電循環(huán)，巖鹽氧化鐵與鋰相互作用，形成氧化鋰與金屬鐵納米粒子的復(fù)合物。由于轉(zhuǎn)化反應(yīng)不完全可逆，這些殘余產(chǎn)物會(huì)累積。科學(xué)家們還發(fā)現(xiàn)電解質(zhì)（使鋰離子在兩個(gè)電極之間流動(dòng)的化學(xué)介質(zhì)）在隨后的循環(huán)中會(huì)分解。
“我們?cè)诔哒婵罩羞M(jìn)行的實(shí)時(shí)透射電鏡研究使我們能夠了解到，在初始循環(huán)后，隨著鋰的引入，巖鹽氧化鐵的結(jié)構(gòu)是如何變化的。這項(xiàng)研究獨(dú)特地代表了預(yù)循環(huán)樣品的原位巖化。先前的原位研究只研究了初始充放電循環(huán)。但是，我們需要知道在許多周期內(nèi)會(huì)發(fā)生什么，才能設(shè)計(jì)出更持久的電池，因?yàn)槌潆婋姌O的結(jié)構(gòu)與原始狀態(tài)不同。”
