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影响锂电池循环寿命的基本要素是甚么?

影响锂电池循环寿命的基本要素是甚么?

来源:
2021/06/03 11:46
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【摘要】:

相关的循环寿命

电池寿命,感觉它不能持续,容量没有以前那么好,这些都是循环寿命下降的迹象。

循环寿命衰减实际上是电池实际容量相对于工厂额定容量的下降趋势。

在一个理想的锂电池中,容量的平衡不会随着电池寿命的增加而改变。
任何可能发生或消耗锂离子的不良反应都可能导致电池容量平衡的改变。
一旦电池容量平衡发生变化,这种变化是不可逆的,可以通过多次循环积累,严重影响电池的循环性能。

影响锂电池循环寿命的因素很多,但根本原因是锂离子参与能量转移的数量在减少。
需要注意的是,电池中锂的总量并没有减少,但激活、困在其他地方或被不自由参与充放电循环的活跃通道阻塞的锂离子更少。

然后,只要了解应该参与氧化还原反应的锂离子的去向,就可以找出容量下降的机理,采取有针对性的措施来延缓容量下降,提高锂电池的循环寿命。

1. 
金属锂沉积

从前面的分析,我们知道锂电池中不应该以金属的形式存在。
锂以金属氧化物、锂碳化合物或离子的形式存在。

金属锂的沉积通常发生在负极表面。
由于某种原因,当锂离子迁移到负极表面时,一些锂离子并没有进入负极的活性物质,形成稳定的化合物。
相反,它们获得电子并以金属锂的形式沉积在负极表面,在那里它们不再参与随后的循环,导致容量的损失。

造成这种现象的原因有几个:过截止电压充电;充电率高;阴极材料不足。
当阳极过充或阳极材料不足时,阳极无法容纳锂离子从阳极迁移,导致金属锂沉积。
由于过量的锂离子在很短的时间内到达负极,当它们大量带电时,会造成堵塞和沉积。

金属锂的沉积不仅会导致循环寿命的降低,还会导致正负极短路,造成严重的安全问题。

为了解决这个问题,我们需要合理配比正极和负极材料,同时严格限制锂电池的使用,防止超出使用极限。
当然,乘数的性能也可以提高局部循环寿命。

2. 
阴极材料分解

锂金属氧化物作为阴极材料,有足够的稳定性,但在长期使用过程中,它将继续分解,出现一些电化学惰性材料(如Co3O4Mn2O3等)和一些易燃气体,这将破坏的能力之间的平衡电极,造成不可挽回的损失。

尤其在过充的情况下更是如此,有时甚至会造成严重的分解和气体释放,这不仅会影响电池的容量,而且会构成严重的安全隐患。

除了严格限制电池的截止电压外,提高正极材料的化学稳定性和热稳定性也是降低循环寿命下降率的可行方法。

3.
SEI膜在电极表面

早些时候表示,锂电池碳负极材料,主电路的过程中,电解液将形成一个固体电解质层表面的电极(SEI)电影,不同的阳极材料有一些差异,但SEI膜成分是重要的碳酸锂,烷基锂,氢氧化锂,等等,
当然,也有盐分解产物,一些聚合物等。SEI膜的形成过程会用到锂电池,而且SEI膜是不稳定的。
在连续循环过程中,新的碳表面会暴露出来与电解液发生反应,生成新的SEI膜,这将不断造成锂离子和电解液的持续流失,导致电池容量的下降。
SEI膜有一定的厚度。

4. 
电解液

在连续循环过程中,由于化学稳定性和热稳定性的限制,电解液会持续分解挥发,长时间积累,导致电解液总量减少,正极材料渗透不足,
而充放电反应不完全,导致实际使用容量下降。

电解液中含有活性氢的物质和金属离子杂质,如铁、钠、铝和镍。
因为杂质的氧化电位通常低于积极的锂电池的电极电位,表面很容易氧化的正极,负极氧化减少,积极的和消极的活性物质的不断消耗,导致自放电,
即改变蓄电池放电异常的使用方式。
电池寿命是由充放电循环次数决定的。

还有一定数量的水电解质与LiFP6电解质发生化学反应,使其呈现活性,且频率较高,进而破坏SEI膜,使其呈现活性,导致锂离子沉积和持续活性消耗,导致电池循环寿命降低。

从以上分析可以看出,电解液对锂电池的循环寿命有非常重要的影响。
选择合适的电解液可以大大提高电池的循环寿命。

5. 
隔离膜堵塞或损坏

隔离膜的作用是将电池的正负极分开,防止短路。
在锂电池的循环中,隔离膜的干燥是电池早期性能下降的重要原因。
这主要是由于膜本身缺乏电化学稳定性和机械性能,以及膜在反复充电过程中电解质的渗透性恶化。
由于隔离膜干燥,电池内部欧姆电阻增大,导致充放电通道堵塞。
充放电不完全,电池容量无法恢复到初始状态,大大降低了电池容量和使用寿命。

6. 
正极和负极材料脱落

负离子活性物质,通过胶粘剂并固定在基底上面,在长期使用过程中,由于胶粘剂的失效受到机械振动和电池的影响,负离子活性物质在电解质溶液中丢失,
它可以导致活性物质参与电化学反应,从而减少电池循环寿命的下降。

粘结剂的长期稳定性和电池良好的力学性能可以延缓电池循环寿命的下降率。

7. 
使用外部因素

锂电池具有合理的工作条件和工作范围,如充放电截止电压、充放电倍增器、工作温度范围、储存温度范围等。然而,在实际使用中,超出允许范围的滥用是很常见的,长期不合理使用,
会导致电池发生不可逆的化学反应,造成电池机制损坏,加速电池老化,导致循环寿命迅速下降,严重的情况下,还会导致安全事故。

 

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