鉅大LARGE | 點擊量：753次 | 2019年06月14日
鋰電池衰退的原因有哪些你知道嗎？
據外媒報道，由于儲能密度高，金屬氧化物、硫化物和氟化物等材料，是前景極好的電動汽車鋰離子電池電極材料。但是，它們的儲能能力衰退很快。日前，科學家們通過研究一種帶有氧化鐵電極的鋰離子電池發現，電池充放電超過100次后產生的損耗，是由氧化鋰積累和電解質分解造成的。
研究過程中用到的氧化鐵電極，由廉價無毒的磁鐵礦制成。比起目前的電極材料，磁鐵礦等轉換型電極材料（即和鋰發生反應時轉換為全新產物），可以儲存更多的能量，因為它們可以容納更多鋰離子。“然而，這些材料的儲能能力衰減非常快，并且依賴于電流密度。例如，我們對磁鐵礦的電化學測試顯示，磁鐵礦的容量在前10個高速充放電周期內急速下降。”此項研究負責人、功能納米材料中心（CFN）電子顯微鏡小組的領導DongSu表示。CFN是設于布魯克海文國家實驗室內的美國能源部科學用戶設施辦公室。
為了找出循環不穩定的原因，科學家們試圖觀察，當電池完成100次循環后，磁鐵礦的晶體結構和化學性質變化情況。他們結合透射電子顯微鏡（TEM）和同步X射線吸收光譜（XAS），進行研究。TEM的電子束通過樣本傳輸，產生特征物質的結構圖像或衍射圖案，XAS利用X射線來探測材料的化學性質。
科學家們利用這些技術發現，第一次放電時，磁鐵礦完全分解成金屬鐵納米顆粒和氧化鋰。但在接下來的充電過程中，這種轉化反應并不是完全可逆的，金屬鐵和氧化鋰的殘留物仍然存在。此外，磁鐵礦原始的“尖晶石”結構在帶電狀態下演化為“巖鹽”結構（在兩種結構中，鐵原子的位置并不完全相同）。在隨后的充放電循環中，巖鹽氧化鐵與鋰相互作用，形成氧化鋰與金屬鐵納米顆粒的復合物質。因為轉化反應不是完全可逆的，這些殘余產物會逐漸積累起來。科學家們還發現，電解質（使鋰離子在兩個電極之間流動的化學介質）在隨后的循環中會分解。
在研究結果的基礎上，科學家們提出一種儲能能力衰退的解釋。CFN電子顯微鏡小組的科學家、共同首席作者SooyeonHwang說，“由于氧化鋰的電子導電性較低，它的積累會對在電池正負極之間穿梭的電子形成屏障，我們把它叫做內部鈍化層。同樣，電解質分解也會形成表面鈍化層，阻礙離子傳導。這些障礙累積起來，阻礙電子和鋰離子到達發生電化學反應的活性電極材料。”
符合Exic IIB T4 Gc防爆標準
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%
科學家們指出，在低電流下運行電池，可以通過減慢充電速度，恢復部分容量為電子傳輸提供足夠的時間；然而，要徹底解決這一問題，還需要其他方案。他們認為，在電極材料中添加其他元素和改變電解質，可以改善容量衰減。
18650鋰電池容量是該型號電池最重要的性能參數，也是決定電池價格的根本要素，廠家可以設計不同容量的18650鋰電池，這由原材料與工藝所決定。
18650鋰電池容量是許多工業用戶和消費者個人所關心的，這是因為，18650鋰電池容量越大，則使用時間越長，可以為用戶提供更長時間的供電，但在同一體系下，18650鋰電池容量高會帶來價格高的負面作用，所以，容量和價格平衡非常重要。
目前，國內可以見到的18650電池芯主要有國外的三洋、松下、三星、LG等，國內的深圳比克相對優勢更大一些，此外還有天津力神等。
在上述電池生產廠家中，18650鋰電池容量分布在1000mAh到3000mAh之間，但技術比較成熟的一般是在1800mAh到2600mAh之間，這是因為，18650鋰電池容量太低，會影響電池有效工作時間，在適用性上存在問題。而18650鋰電池容量太高，則成本上升較大，而且，非特殊領域過高容量的18650鋰電池意義也不是很大。
在電池體積已經固定的情況下，提高18650鋰電池容量的方法主要是多塞活性物質以及提高活性物質的克比容量。18650鋰電池容量提升是一個歷史過程，從上世紀90年代的600mAh一直發展到目前的3000mAh。在提高18650鋰電池容量的過程中，日系企業做出了杰出的貢獻。
18650鋰電池容量是廠家的主要賣點，此外，相同容量的18650鋰電池電芯品牌也是影響價格的因素，一般來說，進口品牌比同類型的國產品牌價格高，前面說了，決定18650鋰電池容量的主要因素還有原材料結構，因而從正極來看，采用鈷酸鋰、錳酸鋰和三元材料、磷酸鐵鋰的價格會有差異。
因為容量對價格的主導作用，市面上的18650鋰電池容量會存在虛標現象，比如，把容量為2200mAh的18650鋰電池容量標為2600mAh，這是欺騙消費者的行為，容量不達標往往由人工養料造成所以，用戶要認準正宗廠家的牌子。
18650鋰電池容量是否達標不但影響用戶體驗，從長期來看，對生產廠家也是考驗，消費者購買電池時，沒必要糾結于國外原裝電池，因為國內封裝廠也會采用進口鋰電池，其18650鋰電池容量并無不同，重要的是這些18650鋰電池容量是真實的。
美國宇航局噴氣推進實驗室業已研制成功一種新型的鋰陽極電化學電池，從而提高了充電鋰電池的充電放電循環次數。盡管老式的二級鋰電池貯電性能較好，但循環壽命較短，這是因為鋰電池的組成在物理性質和化學性質上是不相容的，經幾次循環，陰極易于分解。
新型鋰電池采用與電解液相容的材料，這種材料是濕潤的，且化學成份是穩定的。電介質的蒸發力低，電化學穩定性好，從而改進了電池的包裝和安全性。而且這種電池可在低于100℃的中溫條件下進行運行，因而適用于機動車、通訊和其它多方面。
這種新型鋰電池除具有鋰陽極外，還有二硫化鈦陰極和由LIA3F6組成的電極。分液器外涂有表面活化劑，在陰極中含有一種特殊結合力的配方，與新型電極相容。結果表明，此種電池的循環壽命是性能最佳電池的2倍。
以砜為主的電介液，如3MeS是一種雜環化合物，之所以選擇此類化合物作電介液是因為它們具有比通常所使用的2MeTHF電介液抗氧化和抗還原作用都強。此外，該電介液還具有溶點較低，沸點較高的特點，因而使用溫度較廣。但同時它們又具有極高的極性，不能使分液器非極性材料變濕潤。所以，在分液器表層需涂味哇琳或硅-乙二醉咪銼啉作表面活化劑。這些物質可以使電介液將分液器變潮，而不影響電極的穩定性。
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