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鋰離子電池的容量為何會發(fā)生衰減?

鉅大鋰電  |  點擊量:0  |  2021年01月14日  

鋰離子電池容量衰減的原因


鋰離子電池是繼鎘鎳電池、氫鎳電池之后發(fā)展最快的二次電池.鋰離子電池的應(yīng)用很大程度取決于其充放電循環(huán)的穩(wěn)定性,和其它二次電池相同,鋰離子電池在循環(huán)過程中容量衰減是不可防止的。


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(dāng)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?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)生機械破壞,從而引起電化學(xué)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(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,進而破壞負極表面的SEI膜并促進SEI膜的修復(fù),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。


3、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)和添加劑三個部分。溶劑的分解、電解質(zhì)的分解都會導(dǎo)致鋰離子電池容量的損失。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(yīng)都會造成容量的衰減。


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