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    如何減少鋰離子電池容量衰減?

    發布時間:2023-07-21

    ? ? ? ?鋰離子電池在多次充放電過程中容量存在明顯的衰減,容量衰減是影響鋰離子電池綜合性能發揮的一大障礙。為了剖析衰減變化的根源,提高電池穩定性和良好的綜合性能,本文主要從過充電、電解液的分解、電極結構變化、自放電等多方面對容量衰減的影響進行分析。

    ? ? ? ?鋰離子電池容量衰減變化受諸多因素的影響。從本質上說,鋰離子脫嵌時發生的氧化還原反應會消耗鋰離子導致電池容量衰減,若電池容量發生不可逆平衡改變,再疊加多次循環的損失,會嚴重影響電池綜合性能。下面將從影響電池容量衰減的一些因素進行討論和闡述。

     

    鋰離子電池容量衰減現象分析

     

    1
    負極過充反應
    ? ? ? ?在過充時,鋰離子在負極表面容易還原沉積成鋰,阻礙了鋰的嵌入,造成容量損失和放電效率降低。原因有:(1)可循環鋰量減少;(2)Li2CO3、LiF或副產物被沉積鋰與溶劑或電解質反應形成;(3)隔膜的孔隙被金屬鋰阻塞而增大了電池內阻;(4)活性大的鋰易與電解液反應造成電解液減少。在快速充電和高充電率兩種情況下,大電流密度和負極極化造成鋰沉積明顯增強。
    2
    正極過充反應
    ? ? ? 正極過充電主要在正極材料占比過低的情況下發生,導致電極間容量失衡,致使鋰電池容量發生不可逆的損失,并且正極材料和電解液分解出來的氧氣及可燃氣體的并存和不斷積累,可能會給鋰電池的使用帶來安全隱患。
    3
    電解液在高電壓下發生反應
    ? ? ? ?若鋰電池充電電壓過高,將會導致電解液發生氧化反應,并生成部分副產物,將電極微孔堵塞,阻礙了鋰離子的遷移,從而造成循環容量衰減變化。電解質濃度和電解液的穩定性的變化趨勢成反比,電解質濃度越高,電解液穩定性越低,進而對鋰離子電池容量產生影響。在充電過程中,電解液會發生一定消耗,因此,需要在裝配時進行補充,導致電池活性材料減少,并影響電池初始容量。

     

    電解液分解

     

    ? ? ? ?電解液包括電解質、溶劑和添加劑,其性質會對電池的使用年限、比容量、倍率充放電性能和安全性能等產生影響。電解液中電解質和溶劑的分解都會引起電池容量發生損失。在首次充放電時,溶劑等物質在負極表面生成SEI膜會形成不可逆的容量損失,但這是必然情況。

    ? ? ? ?若電解液中存在水或氟化氫等雜質時,可能會使電解質LiPF6在溫度較高的情況下發生分解,并且生成的產物與正極材料反應,導致電池容量受到影響。同時,部分產物還會與溶劑發生反應,并對負極表面的 SEI膜的穩定性造成影響,會造成鋰離子電池性能衰減。

    ? ? ? ?除此之外,若電解液分解的產物不與電解液相容,將會在遷移過程中阻塞正極孔隙,從而導致電池容量衰減?偟膩碚f,電解液和電池的正負極之間副反應的發生,以及產生的副產物,都是造成電池容量衰減的主要因素。

     

     

    自放電

     

    ? ? ? ?鋰離子電池在一般情況下,會發生容量損耗現象,這一過程被稱為自放電,分為可逆容量損失和不可逆容量損失。溶劑氧化速率對自放電速率產生直接影響,正負極活性材料可能在充電過程中和溶質發生反應,導致鋰離子遷移完成容量失衡及不可逆衰減,因此,可以看出減少活性材料表面積可以降低容量損失速率,且溶劑的分解會影響電池貯存壽命。另外,隔膜漏電也會導致容量損失,但這種可能性較低。自放電現象若長期存在,會導致金屬鋰沉積,并進一步導致正負極容量的衰減變化。

     

    電極不穩定性

    ? ? ? ?在充電時正極活性物質不穩定會與電解質反應造成容量降低。影響正極材料不穩定因素有正極材料結構缺陷、炭黑含量、充電電勢過高,其中正極材料結構缺陷是影響因素中的重中之重。

     

     

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    ? ? ? ?如何減少鋰離子電池容量衰減現象,如何維護鋰離子電池壽命?是很多新能源廠家都關心的問題,武漢中電通專注于電池測試設備研發、生產及銷售,擁有電池測試維護相關的國家專利技術,為各類鋰電池提供包括充放電、活化、均衡等智能測試儀器。

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