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为什么锂电池的容量会衰减

为什么锂电池的容量会衰减

来源:
2021/03/10 18:04
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【摘要】:

  容量衰减的原因

  锂电池是继镍镉电池、镍氢电池之后发展最快的二次电池。锂电池的应用很大程度上取决于其充放电循环的稳定性。与其他二次电池一样,锂电池在循环过程中容量的衰减是不可避免的。

  1. 阴极材料的结构变化

  正极材料是锂电池的重要来源。当锂电池从负极取出时,为了保持材料的中性状态,金属元素必然被氧化到高氧化状态,这是伴随着元件的转变。组分的改变容易导致相转移和体相结构的改变。我们或许可以有一个动力电池发展趋势的概念,如下图所示,到2020年,纯电动汽车电池单体比能量达到350Wh/kg电极材料的相变会引起晶格参数的变化和晶格失配,由此产生的诱导应力会导致晶粒碎裂和裂纹的扩展,导致材料结构的机械损伤和电化学性能的退化。

  2、负极材料结构

  锂电池常用的负极材料有碳材料、钛酸锂等。本文对一种典型的阳极石墨进行了分析。锂电池的容量衰减首先发生在形成阶段,这一阶段在负极表面形成SEI,部分锂离子被消耗。随着锂电池的使用,石墨结构的改变也会导致电池容量的减少。

  而保持石墨的形态结构,但(002)晶面的半高宽度较大,导致小粒度的c轴,晶体结构的变化将导致裂纹的碳材料,然后摧毁SEI膜表面的阴极,促进SEI膜的修复,SEI锂消费活动的过度增长,从而导致锂电池的不可逆容量衰减。

  3.电解液的氧化分解和界面反应

  电解质的性能对锂电池的比容量、寿命、倍率充放电性能、工作温度范围和安全性能有显著影响。电解液包括溶剂、电解液和添加剂三部分。溶剂和电解质的分解会导致锂电池容量的损失。电解液分解和副反应是影响锂电池容量衰减的重要因素。无论采用何种正极材料、何种工艺,随着锂电池的回收利用,电解液的分解以及正极材料之间的界面反应都会造成容量衰减。

 

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