鉅大LARGE | 點(diǎn)擊量:3492次 | 2021年01月27日
鋰離子電池容量偏低的原因基本有什么?
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(dá)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(jī)械破壞,從而引起鋰離子電池電化學(xué)性能衰減。
2、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,在這個階段會在負(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)的變化也會造成電池容量下降。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(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(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
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)都會造成容量的衰減。
4、快速充放電
快速充電時,電流密度過大,負(fù)極嚴(yán)重極化,鋰離子電池的沉積會更明顯,使在銅箔與碳類活性物質(zhì)邊界處的銅箔脆化,極易出現(xiàn)裂縫。電芯自發(fā)卷繞受到固定空間的限制,銅箔無法自由伸展出現(xiàn)壓力,在壓力的用途下,原有的裂縫擴(kuò)散生長,因擴(kuò)展空間不夠,銅箔發(fā)生斷裂。
5、長期深度充放電
放電要轉(zhuǎn)入從內(nèi)部結(jié)構(gòu)來說,一是會造成電解液過度揮發(fā),二是鋰離子電池的負(fù)極過度反應(yīng)使其介質(zhì)膜發(fā)生變化造成脫嵌能力下降,形成容量的永久性損失;
充電重要從電壓穩(wěn)定性和到深夜電網(wǎng)電壓升高,本已經(jīng)停止充電的充電器,電壓升高后,又會繼續(xù)充電,造成電池過充電導(dǎo)致正極材料結(jié)構(gòu)變化容量損失,分解放氧與電解液劇烈氧化反應(yīng)進(jìn)而燃燒爆炸;電解液有機(jī)溶劑/電解質(zhì)鋰鹽分解;負(fù)極析鋰過放可能導(dǎo)致負(fù)極銅集電極溶解,正極形成銅枝晶。