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為甚么鋰離子電池隨著使用次數(shù)新增而最大容量下降呢?

鉅大鋰電  |  點擊量:0  |  2021年07月15日  

將分為內(nèi)因和外因來說:


1.內(nèi)因


(1)在電極方面,反復(fù)充放電使電極活性表面積減少,電流密度提高,極化增大;活性材料的結(jié)構(gòu)發(fā)生變化;活性顆粒的電接觸變差,甚至脫落;電極材料(包括集流體)腐蝕;


現(xiàn)階段常用電池負極為石墨,正極是LiCoO2,LiFePO4以及LiMn2O4等,電池放點初期電解液會在電極表面形成一層SEI(固態(tài)電解質(zhì))膜,其成分緊要是ROCO2Li(EC和PC環(huán)狀碳酸酯還原產(chǎn)物)、ROCO2Li和ROLi(DEC和DMC等鏈狀碳酸酯的還原產(chǎn)物)、Li2CO3(殘余水和ROCO2Li反應(yīng)產(chǎn)物),若用LiPF6時,殘余的HF會與SEI中ROCO2Li,使SEI中緊要是LiF和ROLi。


SEI是Li+導(dǎo)體,脫嵌鋰時碳電極體積變化很小,但即使很小,其出現(xiàn)的內(nèi)應(yīng)力也會使負極破碎,暴露出來新的碳表面再與溶劑反應(yīng)形成新的SEI膜,這樣就造成了鋰離子和電解液的損耗,同時,正極材料活性物質(zhì)膨脹超過一定程度也會形成無法修復(fù)的永久性結(jié)構(gòu)觸損耗,這樣正極和負極的不斷損耗造成了容量的不斷衰減;再者,新增的SEI膜會造成界面的電阻層架,使電化學(xué)反應(yīng)極化電位升高,造成電池性能衰減


在電極中,隨著充放電反應(yīng)的進行,黏結(jié)劑的性能也會逐步下降,,黏結(jié)強度降低,使電極材料脫落;


銅箔和鋁箔是常用的負極和正極集流體,兩者都容易發(fā)生腐蝕,腐蝕產(chǎn)物集中在集流體表面成膜,新增內(nèi)阻,銅離子還能形成枝晶,穿透隔膜,使電池失效。


(2)在電解質(zhì)溶液方面,電解液或?qū)щ婝}分析導(dǎo)致其電導(dǎo)率下降,分析物造成界面鈍化;


鋰離子電池液體電解質(zhì)一般由溶質(zhì)(如LiPF6、LibF4、LiClO4等鋰鹽)、溶劑和特種添加劑構(gòu)成。電解質(zhì)具有良好的離子導(dǎo)電性和電子絕緣性,在正負極之間起著輸送離子傳導(dǎo)電流的用途。鋰離子電池在第一次充放電、過充和過放時以及長期循環(huán)之后,電解質(zhì)會發(fā)生降解用途,并伴有氣體出現(xiàn),氣體的組成較為復(fù)雜,還無法通過某種反應(yīng)在電池內(nèi)加以消除。隨著電池充放電次數(shù)的新增。由于電極材料氧化腐蝕會消耗掉一部分電解液,導(dǎo)致電解液缺乏,極片不能完全清潤到電解液,從而電化學(xué)反應(yīng)的不完全,使得電池容量達不到設(shè)計要求。


(3)隔膜阻塞或損壞,電池內(nèi)部短路等


隔膜的用途是將電池正負極分開戒備兩極筆直短路。在鋰離子電池循環(huán)過程中,隔膜逐漸干涸失效是電池早期性能衰退的一個緊要原由。這緊要是由于隔膜中電解液變干使溶液電阻增大,隔膜電化學(xué)穩(wěn)定性和機械性能,以及對電解質(zhì)浸潤性在反復(fù)充電過程中變差造成的。由于隔膜的干涸,電池的歐姆內(nèi)阻增大,導(dǎo)致放電不完全,電池反復(fù)受到大容量過充,電池容量無法回復(fù)到初始狀態(tài),大大降低了電池的放電容量和使用壽命。


2.外因


(1)快速充放電


快速充電時,電流密度過大,負極嚴重極化,,鋰的沉積會更分明,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,原有的裂縫擴散生長,因擴展空間不夠,銅箔發(fā)生斷裂。


(2)溫度


在分明高于室溫的情況下,有機電解質(zhì)的熱穩(wěn)定性成為首先要考慮的問題,這全要包括有機電解質(zhì)自身熱穩(wěn)定性以及電極隋機電解質(zhì)相互用途的熱穩(wěn)定性兩個方面。一般認為,正極/有機電解質(zhì)的反應(yīng)對鏗離子電池安全性的影響是緊要因素。因為正極、電解質(zhì)的反應(yīng)動力學(xué)非常快,故控制著整個電池耐熱性能。倘若電池的環(huán)境溫度足以引起正極電解質(zhì)反應(yīng),就會導(dǎo)致電池的熱失控狀態(tài),甚至起火、爆炸。放電電流的大小筆直影響鋰離子電池的放電容量,在大電流放電時不僅存在嚴重的電解質(zhì)界面極化,還有活性體即嵌入離子及在電極中的擴散極化。


(3)長期深度充放點


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;充電緊要從電壓穩(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,又會持續(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,分析放氧與電解液劇烈氧化反應(yīng)進而燃燒爆炸;電解液有機溶劑/電解質(zhì)鋰鹽分析;負極析鋰過放可能導(dǎo)致負極銅集電極溶解,正極形成銅枝晶。


(4)震動和沖撞


一般是工藝原由,如焊接牢固與否,內(nèi)部電路是不是設(shè)計合理等有關(guān)。


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