鉅大LARGE | 點(diǎn)擊量:350次 | 2023年07月27日
導(dǎo)致三元鋰電池容量衰減的重要原因有什么
一、正極材料的結(jié)構(gòu)變化
正極材料是鋰離子的重要來源,當(dāng)鋰離子從正極中脫出時(shí)候,為了維持材料電中性狀態(tài),金屬元素必然會(huì)被氧化到達(dá)一個(gè)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,由此出現(xiàn)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,從而引起電化學(xué)性能衰減。
二、負(fù)極材料結(jié)構(gòu)
商業(yè)化鋰離子電池常用的負(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。鋰離子電池容量的衰減第一次發(fā)生于化成階段,在這個(gè)階段會(huì)在負(fù)極表面形成SEI,消耗部分鋰離子。
隨著鋰離子電池使用,石墨結(jié)構(gòu)的變化也會(huì)造成電池容量下降。LIU等研究了LiFePO4/C電池的容量衰減機(jī)制,同樣適用于三元鋰離子電池,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(zhǎng)消耗活性鋰,因此造成了電池的不可逆容量衰減。
充電溫度:0~45℃
-放電溫度:-40~+55℃
-40℃最大放電倍率:1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
三、電解液的氧化分解與界面反應(yīng)
電解液的性質(zhì)顯著影響鋰離子電池的比容量、壽命、倍率充放電性能、工作溫度范圍以及安全性能等。電解液重要包括溶劑、電解質(zhì)和添加劑三個(gè)部分。溶劑的分解、電解質(zhì)的分解都會(huì)導(dǎo)致電池容量的損失。電解液的分解和副反應(yīng)是鋰離子電池容量衰減的重要因素,無論采用何種正負(fù)極材料、何種工藝,隨著鋰離子電池循環(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(huì)造成容量的衰減。
通過引入Co減少陽(yáng)離子混合占位情況,有效穩(wěn)定材料的層狀結(jié)構(gòu),引入Mn則可以降低成本提高材料的安全性和穩(wěn)定性。三元材料具有更優(yōu)異的電化學(xué)性能和穩(wěn)定性,已經(jīng)被世界主流鋰電廠商接受,應(yīng)用于電動(dòng)汽車、3C等領(lǐng)域。四、鋰離子電池使用條件