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鋰離子電池的容量下降如何延緩

鉅大LARGE  |  點擊量:839次  |  2021年02月13日  

1.金屬鋰的沉積


金屬鋰的沉積,一般發(fā)生在負極表面。由于一定的原因,鋰離子在遷移到負極表面時,部分鋰離子沒有進入負極活性物質形成穩(wěn)定的化合物,而是獲得電子后沉積在負極表面成為金屬鋰,并且不再參與后續(xù)的循環(huán)過程,導致容量下降。


這種情況,一般有幾種原因造成:充電超過截止電壓;大倍率充電;負極材料不足。過充電或負極材料不足的時候,負極不能容納從正極遷移過來的鋰離子,導致金屬鋰的沉積發(fā)生。大倍率充電時,由于鋰離子短時間內到達負極的數(shù)量過多,造成堵塞和沉積。


金屬鋰的沉積,不但會造成循環(huán)壽命的下降,嚴重時還會導致正負極短路,造成嚴重的安全問題。


要解決這個問題,就要合理的正負極材料配比,同時嚴格限定鋰離子電池的使用條件,防止超過使用極限的情況。當然,從倍率性能著手,也可以局部改善循環(huán)壽命。


2.正極材料的分解


作為正極材料的含鋰金屬氧化物,雖然具有足夠的穩(wěn)定性,但是在長期的使用過程中,仍然會不斷的分解,出現(xiàn)一些電化學惰性物質(如Co3O4,Mn2O3等)以及一些可燃性氣體,破壞了電極間的容量平衡,造成容量的不可逆損失。


這種情況在過充電情況下尤為明顯,有時甚至會發(fā)生劇烈的分解和氣體釋放,不但影響電池容量,還會造成嚴重的安全風險。


除了嚴格限定電池的充電截止電壓之外,提高正極材料的化學穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性,也是降低循環(huán)壽命下降速度的可行方法。


3.電極表面的SEI膜


前面講過,以碳材料為負極的鋰離子電池,在初次循環(huán)過程中,電解液會在電極表面形成一層固態(tài)電解質(SEI)膜,不同的負極材料會有一定的差別,但SEI膜的成分重要由碳酸鋰、烷基酯鋰、氫氧化鋰等組成,當然也有鹽的分解產(chǎn)物,另外還有一些聚合物等。


SEI膜的形成過程會消耗電池中的鋰離子,并且SEI膜并不是穩(wěn)定不變的,會在循環(huán)過程中不斷的破裂,露出來新的碳表面再與電解質反應形成新的SEI膜,這樣會不斷造成鋰離子和電解質的持續(xù)損耗,導致電池的容量下降。SEI膜有一定的厚度,雖然鋰離子可以穿透,但是SEI膜會造成負極表面部分擴散孔道的堵塞,不利于鋰離子在負極材料的擴散,這也會造成電池容量的下降。


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