有關(guān)鋰離子電池的循環(huán)壽命

電池壽命，感覺不耐用，容量不比以前多，這些都是循環(huán)壽命下降的體現(xiàn)。

循環(huán)壽命衰減實(shí)際上是電池當(dāng)前實(shí)際使用容量相關(guān)于廠額定容量的下降趨勢(shì)。

在理想的鋰離子電池中，容量的平衡不會(huì)隨著電池周期的延長(zhǎng)而改變。任何可能出現(xiàn)或消耗鋰離子的副反應(yīng)都可能導(dǎo)致電池容量平衡的改變。一旦電池容量平衡發(fā)生變化，這種變化是不可逆的，可以通過多次循環(huán)積累，嚴(yán)重影響電池的循環(huán)性能。

影響鋰離子電池循環(huán)壽命的因素很多，但其根本原因是鋰離子參與能量轉(zhuǎn)移的數(shù)量在減少。要注意的是，電池中鋰的總量并沒有減少，但是被激活的鋰離子較少，它們被困在其他地方或活動(dòng)的通道被堵塞，不能自由地參與循環(huán)充放電的過程。

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然后，只要我們了解應(yīng)該參與氧化還原反應(yīng)的鋰離子去了哪里，我們就可以找出容量下降的機(jī)理，有針對(duì)性地采取措施延緩鋰離子電池的容量下降，提高鋰離子電池的循環(huán)壽命。

1.金屬鋰沉積

通過前面的分析，我們了解鋰不應(yīng)該以金屬的形式存在于鋰離子電池中，鋰元素要么是以金屬氧化物的形式，要么是以鋰碳化合物的形式，要么是以離子的形式存在。

金屬鋰的沉積通常發(fā)生在負(fù)極的表面。由于一定的原因，當(dāng)鋰離子遷移到負(fù)極表面時(shí)，一些鋰離子并沒有進(jìn)入負(fù)極的活性物質(zhì)中形成穩(wěn)定的化合物。相反，它們獲得電子并沉積在負(fù)極表面成為金屬鋰，它們不再參與后續(xù)的循環(huán)過程，導(dǎo)致容量下降。

這有幾個(gè)原因:充電超過截止電壓;大充電率;陰極材料不足。當(dāng)過充或陽(yáng)極材料不足時(shí)，陽(yáng)極無法容納鋰離子從陽(yáng)極遷移，導(dǎo)致金屬鋰沉積。由于過量的鋰離子在短時(shí)間內(nèi)到達(dá)負(fù)極，在大比例充電時(shí)，會(huì)造成堵塞和沉積。

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金屬鋰的沉積不僅會(huì)導(dǎo)致循環(huán)壽命的降低，還會(huì)導(dǎo)致正負(fù)極短路，造成嚴(yán)重的安全問題。

為了解決這個(gè)問題，我們要合理的正極負(fù)極材料配比，同時(shí)嚴(yán)格限制鋰離子電池的使用，防止超過使用極限。當(dāng)然，從乘法器的性能來看，也可以改善局部的循環(huán)壽命。

2.陰極材料分解

鋰金屬氧化物作為陰極材料,有足夠的穩(wěn)定性,但在長(zhǎng)期使用過程中,它將繼續(xù)分解,出現(xiàn)一些電化學(xué)惰性材料(如Co3O4Mn2O3等)和一些可燃?xì)怏w,這將破壞的能力之間的平衡電極和造成不可逆轉(zhuǎn)的損失。

這種情況在充電過度的情況下尤為明顯，有時(shí)甚至?xí)霈F(xiàn)嚴(yán)重的分解和氣體釋放，不僅影響電池容量，還會(huì)造成嚴(yán)重的安全隱患。

除了嚴(yán)格限制電池的充電截止電壓外，提高陰極材料的化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性也是降低循環(huán)壽命遞減率的可行方法。

3.SEI膜在電極表面

前面說過,碳材料作為鋰離子電池的陽(yáng)極,主回路的過程中,電解液會(huì)形成一個(gè)固體電解質(zhì)層表面的電極(SEI)電影,不同的陽(yáng)極材料有一些差異,但SEI膜成分重要由碳酸鋰,烷基鋰,氫氧化鋰,等等,當(dāng)然,還有鹽分解產(chǎn)物,有些聚合物等。SEI膜的形成過程將使用鋰離子電池,和SEI膜不穩(wěn)定,將不斷循環(huán)期間,公開新的碳表面與電解液反應(yīng)生成一個(gè)新的SEI膜,這將不斷引起鋰離子和電解質(zhì)的持續(xù)虧損,導(dǎo)致電池容量降低。SEI膜有一定的厚度。

4.電解質(zhì)

在持續(xù)循環(huán)的過程中,由于化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性的限制,電解質(zhì)會(huì)分解,不斷揮發(fā),從而積累了很長(zhǎng)時(shí)間,導(dǎo)致電解質(zhì)的總量減少,陽(yáng)極和陰極材料的滲透不足,不完整的充電和放電反應(yīng),導(dǎo)致實(shí)際使用能力下降。

在電解質(zhì)和金屬離子雜質(zhì)如鐵、鈉、鋁和鎳中含有活性氫的物質(zhì)。因?yàn)殡s質(zhì)的氧化電位通常低于鋰離子電池的正極潛力,很容易氧化表面的正電極,和負(fù)電極的氧化減少,不斷消耗正極和負(fù)極活性物質(zhì),導(dǎo)致自放電,即改變電池放電異常的情況下使用。電池壽命是由充電和放電的循環(huán)次數(shù)決定的。

也有一定量的水電解質(zhì),將化學(xué)反應(yīng)與LiFP6電解液生出現(xiàn)活和高頻,進(jìn)而破壞了SEI膜出現(xiàn)更多的生活,導(dǎo)致生活鋰離子沉積和持續(xù)的消費(fèi)活躍,導(dǎo)致減少電池循環(huán)壽命。

從以上分析可以看出，電解質(zhì)對(duì)鋰離子電池的循環(huán)壽命有著非常重要的影響。選擇合適的電解液可以顯著提高電池的循環(huán)壽命。

5.隔離膜堵塞或損壞

隔離膜的用途是隔離電池的正極和負(fù)極，防止短路。在鋰離子電池循環(huán)過程中，隔離膜的干燥是導(dǎo)致電池早期性能下降的重要原因。這重要是由于隔離膜本身缺乏電化學(xué)穩(wěn)定性和力學(xué)性能，以及在重復(fù)充電過程中隔離膜的電解液滲透惡化。由于隔離膜干燥，電池歐姆內(nèi)阻增大，導(dǎo)致充放電通道堵塞。充放電不完全，電池容量無法恢復(fù)到初始狀態(tài)，大大降低了電池的容量和使用壽命。

6.陽(yáng)極和陰極材料脫落

負(fù)極活性物質(zhì),通過膠粘劑和固定在上面的基礎(chǔ),在長(zhǎng)期使用的過程中,由于膠的失敗由機(jī)械振動(dòng)和電池,負(fù)極活性物質(zhì)損失,在電解質(zhì)溶液中,它可以導(dǎo)致參與電化學(xué)反應(yīng)的活性物質(zhì)減少電池循環(huán)壽命的下降。

粘結(jié)劑的長(zhǎng)期穩(wěn)定性和電池良好的機(jī)械性能將能夠延緩電池周期壽命的遞減率。

7.使用外部因素

鋰離子電池具有合理的工作條件和工作范圍，如充放電截止電壓、充放電倍增器、工作溫度范圍、儲(chǔ)存溫度范圍等。然而,在實(shí)際的使用,濫用超出了允許范圍是很常見的,長(zhǎng)期不合理的使用,將會(huì)導(dǎo)致不可逆的化學(xué)反應(yīng)的電池,對(duì)電池造成損害機(jī)制,加速電池老化,導(dǎo)致循環(huán)壽命快速下降,在嚴(yán)重的情況下,會(huì)導(dǎo)致安全事故。