锂离子电池在多次充放电过程中容量存在明显的衰减,容量衰减是影响锂离子电池综合性能发挥的一大障碍。为了剖析衰减变化的根源,提高电池稳定性和良好的综合性能,本文主要从过充电、电解液的分解、电极结构变化、自放电等多方面对容量衰减的影响进行分析。
锂离子电池容量衰减变化受诸多因素的影响。从本质上说,锂离子脱嵌时发生的氧化还原反应会消耗锂离子导致电池容量衰减,若电池容量发生不可逆平衡改变,再叠加多次循环的损失,会严重影响电池综合性能。下面将从影响电池容量衰减的一些因素进行讨论和阐述。
锂离子电池容量衰减现象分析
电解液分解
电解液包括电解质、溶剂和添加剂,其性质会对电池的使用年限、比容量、倍率充放电性能和安全性能等产生影响。电解液中电解质和溶剂的分解都会引起电池容量发生损失。在首次充放电时,溶剂等物质在负极表面生成SEI膜会形成不可逆的容量损失,但这是必然情况。
若电解液中存在水或氟化氢等杂质时,可能会使电解质LiPF6在温度较高的情况下发生分解,并且生成的产物与正极材料反应,导致电池容量受到影响。同时,部分产物还会与溶剂发生反应,并对负极表面的 SEI膜的稳定性造成影响,会造成锂离子电池性能衰减。
除此之外,若电解液分解的产物不与电解液相容,将会在迁移过程中阻塞正极孔隙,从而导致电池容量衰减。总的来说,电解液和电池的正负极之间副反应的发生,以及产生的副产物,都是造成电池容量衰减的主要因素。
自放电
锂离子电池在一般情况下,会发生容量损耗现象,这一过程被称为自放电,分为可逆容量损失和不可逆容量损失。溶剂氧化速率对自放电速率产生直接影响,正负极活性材料可能在充电过程中和溶质发生反应,导致锂离子迁移完成容量失衡及不可逆衰减,因此,可以看出减少活性材料表面积可以降低容量损失速率,且溶剂的分解会影响电池贮存寿命。另外,隔膜漏电也会导致容量损失,但这种可能性较低。自放电现象若长期存在,会导致金属锂沉积,并进一步导致正负极容量的衰减变化。
电极不稳定性
在充电时正极活性物质不稳定会与电解质反应造成容量降低。影响正极材料不稳定因素有正极材料结构缺陷、炭黑含量、充电电势过高,其中正极材料结构缺陷是影响因素中的重中之重。
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