锂电池容量为什么会衰减

2020-09-23 14:51 ryder

锂离子电池寿命是有限的,随着使用次数增多,锂电池的容量也随之衰竭。直到最终是失去使用价值。那么锂电池容量为什么会衰减?
 
 
1)正极材料的结构变化
 
正极材料是锂离子电池的主要电力来源,当锂离子从正极中脱出时候,为了维持材料电中性状态,金属元素必然会被氧化到达一个高的氧化态,这里就伴随了组分的转变。组分的转变容易导致相转移和体相结构的变化。电极材料相转变可以引起晶格参数的变化及晶格失配,由此产生的诱导应力引起晶粒的破碎,并引发裂纹的传播,造成材料的结构发生机械破坏,从而引起锂电池的电化学性能衰减。
 
 
2)负极材料结构
 
锂电池常用的负极材料有碳材料、钛酸锂等,本文以典型负极石墨进行分析。锂电池容量的衰减第一次发生于化成阶段,在这个阶段会在负极表面形成SEI,消耗部分锂离子。随着锂电池使用,石墨结构的变化也会造成电池容量下降。虽然保持了石墨的形貌结构,但是其晶面的半高宽变大,导致c轴方向的晶粒尺寸变小,晶体结构的改变导致碳材料出现裂纹,进而破坏负极表面的SEI膜并促进SEI膜的修复,SEI膜的过度生长消耗活性锂,因此造成了锂电池的不可逆容量衰减。
 
 
3)电解液的氧化分解与界面反应
 
电解液的性质显著影响锂离子电池的比容量、寿命、倍率充放电性能、工作温度范围以及安全性能等。电解液主要包括溶剂、电解质和添加剂三个部分。溶剂的分解、电解质的分解都会导致锂电池容量的损失。电解液的分解和副反应是锂电池容量衰减的主要因素,无论采用何种正负极材料、何种工艺,随着锂电池循环使用,电解液的分解及与正负极材料间发生的界面反应都会造成容量的衰减。
 
 
4)正极过充反应
 
当正极活性物相对于负极活性物比例过低时,容易发生正极过充电。锂电池正极过充导致容量损失主要是由于电化学惰性物质(如Co3O4,Mn2O3等)的产生,破坏了电极间的容量平衡,其容量损失是不可逆的。
 
 
5)电极不稳定性
 
在充电时正极活性物质不稳定会与电解质反应造成容量降低。影响正极材料不稳定因素有正极材料结构缺陷、炭黑含量、充电电势过高,其中正极材料结构缺陷是影响因素中的重中之重。
 
锂电池容量是指电池存储电量的大小。我们现在设计电子产品,很多时候也用锂电池供电,同手机或者平板电脑用锂电池供电一样,熟悉了解锂电池容量的学问,也许对使用和设计锂电池供电包括设计电池充电器来说,很有必要。

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