造成鋰離子電池在壽命末期容量跳水的關(guān)鍵因素是什么
來源：寶鄂實(shí)業(yè)
2019-09-25 10:00
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關(guān)于鋰離子電池容量跳水現(xiàn)象大量的研究表明，循環(huán)過程中鋰離子電池的可逆容量突然跳水往往是由負(fù)極表面析Li造成的?！?】對圓柱形鋰離子電池在循環(huán)過程的容量跳水現(xiàn)象進(jìn)行了研究，結(jié)果表明電芯內(nèi)部壓力的不均勻分布是造成鋰離子電池在壽命末期容量跳水的關(guān)鍵因素。
【2】，壓力過大或者過小都不利于鋰離子電池性能的提升，而實(shí)際使用中電芯內(nèi)部受到的壓力還存在不均勻性，這會進(jìn)一步導(dǎo)致電流分布的不運(yùn)行，從而加速鋰離子電池的衰降。
18650電池的可逆容量衰降與Li損失之間的關(guān)系，可以看到活性Li的損失與電池可逆容量的損失具有非常強(qiáng)的相關(guān)性，表明對于該電池而言循環(huán)過程中的活性Li損失是導(dǎo)致電池可逆容量衰降和跳水的主要原因。
為了分析負(fù)極活性Li損失的反應(yīng)機(jī)理，按照下圖所示的位置分別在負(fù)極不同的位置進(jìn)行了取樣和制作三電極電池，用于分析正負(fù)極的充放電特性。
A電池的5號位置與B電池的2和3號位置的正負(fù)極的dQ/dV曲線，從圖中能夠看到2號位置的負(fù)極在0.15V的峰降低了1/3，在0.1V的峰則幾乎完全消失，NCM的dQ/dV曲線則能夠看到工作電壓范圍明顯變窄，這都表明位置2的電極出現(xiàn)了明顯的Li損失。
這種電池內(nèi)部的衰降不一致現(xiàn)象在循環(huán)壽命末期的電池中是非常普遍的，從下圖我們可以看到對于電池A，所有的位置的dQ/dV曲線形狀幾乎都是非常一致的。但是對于電池B，其1號和2號位置的活性Li的損失就要明顯比其他位置嚴(yán)重，而電池C不同位置的dQ/dV曲線都出現(xiàn)了顯著的區(qū)別，表明C電池內(nèi)部不同位置之間的衰降速度也存在很大的區(qū)別。
引起鋰離子電池內(nèi)部不均勻衰降的因素可能包括溫度梯度、壓力不均勻和電壓差等因素。
在鋰離子電池快速充放電過程中電池表面的溫度，我們分別在電池的軸向上取三個(gè)點(diǎn)測量電池溫度的變化，我們在電池B中觀察到負(fù)極析Li是從中間位置開始的，因此如果是溫度的影響，那么在電池在軸向上應(yīng)該存在顯著的溫度梯度。但是測量發(fā)現(xiàn)三個(gè)測量點(diǎn)的溫度分別為48.4℃、48.9℃和48.3℃，中間部分與電池兩端的溫差僅為0.6℃，這么小的溫差不足以造成中間析Li的現(xiàn)象，所以在本實(shí)驗(yàn)中溫度并不是造成電池內(nèi)部衰降速度不一致的原因。
18650電池的結(jié)構(gòu)，以及負(fù)極析Li的形狀，從圖中能夠注意到負(fù)極析Li的形狀呈長條狀與正極極耳的形狀和位置都具有相關(guān)性，我們從電池的結(jié)構(gòu)圖中能夠看到正極極耳位置處于電芯的最中間，會引起電芯的變形和局部壓力的增加，而正是電極收到的壓力的增加引起了負(fù)極析Li現(xiàn)象的發(fā)生。
為了驗(yàn)證局部壓力導(dǎo)致負(fù)極析Li這一假設(shè)，在18650電池外面增加了卡子限制電池的膨脹，從下圖b中我們能夠看到在卡子和電池極耳重合的位置（圖中紅框）出現(xiàn)了明顯的析Li現(xiàn)象，這在此表明了局部壓力是導(dǎo)致負(fù)極析Li的主要原因。
