鉅大LARGE | 點擊量:712次 | 2022年04月19日
鋰電池容量衰減的原因
1、正極材料的結(jié)構(gòu)變化
正極材料是鋰離子電池的重要來源,當鋰離子電池從正極中脫出時候,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е孪噢D(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)的誘導應力引起晶粒的破碎,并引發(fā)裂紋的傳播,造成材料的結(jié)構(gòu)發(fā)生機械破壞,從而引起電化學性能衰減。
2、負極材料結(jié)構(gòu)
鋰離子電池常用的負極材料有碳材料、鈦酸鋰等,本文以典型負極石墨進行分析。鋰離子電池容量的衰減第一次發(fā)生于化成階段,在這個階段會在負極表面形成SEI,消耗部分鋰離子。隨著鋰離子電池使用,石墨結(jié)構(gòu)的變化也會造成電池容量下降。
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,導致c軸方向的晶粒尺寸變小,晶體結(jié)構(gòu)的改變導致碳材料出現(xiàn)裂紋,進而破壞負極表面的SEI膜并促進SEI膜的修復,SEI膜的過度生長消耗活性鋰,因此造成了鋰離子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%
3、電解液的氧化分解與界面反應
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)和添加劑三個部分。溶劑的分解、電解質(zhì)的分解都會導致鋰離子電池容量的損失。電解液的分解和副反應是鋰離子電池容量衰減的重要因素,無論采用何種正負極材料、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極材料間發(fā)生的界面反應都會造成容量的衰減。
4、正極過充反應
當正極活性物相關(guān)于負極活性物比例過低時,容易發(fā)生正極過充電。鋰離子電池正極過充導致容量損失重要是由于電化學惰性物質(zhì)(如Co3O4,Mn2O3等)的出現(xiàn),破壞了電極間的容量平衡,其容量損失是不可逆的。
5、電極不穩(wěn)定性
在充電時正極活性物質(zhì)不穩(wěn)定會與電解質(zhì)反應造成容量降低。影響正極材料不穩(wěn)定因素有正極材料結(jié)構(gòu)缺陷、炭黑含量、充電電勢過高,其中正極材料結(jié)構(gòu)缺陷是影響因素中的重中之重。
隨著鋰離子電池的可用區(qū)域縮小,可填充的能量降低,充電時間逐漸縮短。在大多數(shù)情況下,由于周期循環(huán)和老化的原因,鋰離子電池容量呈線性衰減。
6、存儲溫度
充放電循環(huán)并不是鋰離子電池容量衰減的唯一原因,高溫下存儲鋰離子電池也會導致容量衰減。一個充滿電的鋰離子電池在40℃(104F)保存一年而不使用的情況下會造成35%的容量損失。
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