鉅大LARGE | 點(diǎn)擊量:3533次 | 2019年06月25日
鋰電池隨使用次數(shù)的增加而最大容量下降的原因是什么?
鋰電池隨使用次數(shù)的增加而最大容量下降的原因是什么?主要有兩方面的原因,一個(gè)是鋰電池本身的材料的內(nèi)因,一個(gè)是在其使用過程中的外部原因。下面為您介紹下內(nèi)因有哪些:
(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(fù)極為石墨,正極是LiCoO2,LiFePO4以及LiMn2O4等,電池放點(diǎn)初期電解液會(huì)在電極表面形成一層SEI(固態(tài)電解質(zhì))膜,其成分主要是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(shí),殘余的HF會(huì)與SEI中ROCO2Li,使SEI中主要是LiF和ROLi。
SEI是Li+導(dǎo)體,脫嵌鋰時(shí)碳電極體積變化很小,但即使很小,其產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力也會(huì)使負(fù)極破裂,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(shí),正極材料活性物質(zhì)膨脹超過一定程度也會(huì)形成無法修復(fù)的永久性結(jié)構(gòu)觸損耗,這樣正極和負(fù)極的不斷損耗造成了容量的不斷衰減;再者,增加的SEI膜會(huì)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(jìn)行,黏結(jié)劑的性能也會(huì)逐步下降,黏結(jié)強(qiáng)度降低,使電極材料脫落;
銅箔和鋁箔是常用的負(fù)極和正極集流體,兩者都容易發(fā)生腐蝕,腐蝕產(chǎn)物聚集在集流體表面成膜,增加內(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}分解導(dǎo)致其電導(dǎo)率下降,分解物造成界面鈍化;鋰電池液體電解質(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(fù)極之間起著輸送離子傳導(dǎo)電流的作用。鋰離子電池在第一次充放電、過充和過放時(shí)以及長期循環(huán)之后,電解質(zhì)會(huì)發(fā)生降解作用,并伴有氣體產(chǎn)生,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)的增加。由于電極材料氧化腐蝕會(huì)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(dá)不到設(shè)計(jì)要求。
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%
(3)隔膜阻塞或損壞,電池內(nèi)部短路等隔膜的作用是將電池正負(fù)極分開防止兩極直接短路。在鋰電池循環(huán)過程中,隔膜逐漸干涸失效是電池早期性能衰退的一個(gè)重要原因。這主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(jī)械性能,以及對(duì)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。
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