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        鋰電池隨著使用次數增加而最大容量下降的原因

        發布日期:2022-01-18 瀏覽次數: 所屬分類:鋰電池廠家

          鋰電池隨著使用次數增加而最大容量下降的原因

          常見的家用充電電池,如鋰電池、鎳鎘鎳氫電池,隨著使用次數的增加,其最大容量也隨之下降。想問這其中的原因是什么呢?下面由鑫澳電子為大家講解鋰電池隨著使用次數增加而最大容量下降的原因:

        鋰電池

          將分為內因和外因來說:

          1.內因

          (1)在電極方面,反復充放電使電極活性表面積減少,電流密度提高,極化增大;活性材料的結構發生變化;活性顆粒的電接觸變差,甚至脫落;電極材料(包括集流體)腐蝕;

          現階段常用電池負極為石墨,正極是LiCoO2,LiFePO4以及LiMn2O4等,電池放點初期電解液會在電極表面形成一層SEI(固態電解質)膜,其成分主要是ROCO2Li(EC和PC環狀碳酸酯還原產物)、ROCO2Li和ROLi(DEC和DMC等鏈狀碳酸酯的還原產物)、Li2CO3(殘余水和ROCO2Li反應產物),若用LiPF6時,殘余的HF會與SEI中ROCO2Li,使SEI中主要是LiF和ROLi。

          SEI是Li+導體,脫嵌鋰時碳電極體積變化很小,但即使很小,其產生的內應力也會使負極破裂,暴露出來新的碳表面再與溶劑反應形成新的SEI膜,這樣就造成了鋰離子和電解液的損耗,同時,正極材料活性物質膨脹超過一定程度也會形成無法修復的永久性結構觸損耗,這樣正極和負極的不斷損耗造成了容量的不斷衰減;再者,增加的SEI膜會造成界面的電阻層架,使電化學反應極化電位升高,造成電池性能衰減

          在電極中,隨著充放電反應的進行,黏結劑的性能也會逐步下降,,黏結強度降低,使電極材料脫落;

          銅箔和鋁箔是常用的負極和正極集流體,兩者都容易發生腐蝕,腐蝕產物聚集在集流體表面成膜,增加內阻,銅離子還能形成枝晶,穿透隔膜,使電池失效。

          (2)在電解質溶液方面,電解液或導電鹽分解導致其電導率下降,分解物造成界面鈍化;

          鋰離子電池液體電解質一般由溶質( 如LiPF6、LiBF4、LiClO4等鋰鹽)、 溶劑和特種添加劑構成。電解質具有良好的離子導電性和電子絕緣性,在正負極之間起著輸送離子傳導電流的作用。鋰離子電池在第一次充放電、過充和過放時以及長期循環之后,電解質會發生降解作用,并伴有氣體產生,氣體的組成較為復雜,還無法通過某種反應在電池內加以消除。隨著電池充放電次數的增加。由于電極材料氧化腐蝕會消耗掉一部分電解液,導致電解液缺乏,極片不能完全清潤到電解液,從而電化學反應的不完全,使得電池容量達不到設計要求。

          (3)隔膜阻塞或損壞,電池內部短路等

          隔膜的作用是將電池正負極分開防止兩極直接短路。在鋰離子電池循環過程中,隔膜逐漸干涸失效是電池早期性能衰退的一個重要原因。這主要是由于隔膜中電解液變干使溶液電阻 增大,隔膜電化 學穩定性和機械性能,以及對電解質浸潤性在反復充電過程中變差造成的。由于隔膜的干涸,電池的歐姆內阻增大,導致放電不完全,電池反復受到大容量過充,電池容量無法回復到初始狀態,大大降低了電池的放電容量和使用壽命。

          2.外因

          (1)快速充放電

          快速充電時,電流密度過大,負極嚴重極化,,鋰的沉積會更明顯,使在銅箔與碳類活性物質邊界處的銅箔脆化,極易產生裂縫。電芯自發卷繞受到固定空間的限制,銅箔無法自由伸展產生壓力,在壓力的作用下,原有的裂縫擴散生長,因擴展空間不夠,銅箔發生斷裂。

          (2)溫度

          在明顯高于室溫的情況下,有機電解質的熱穩定性成為首先要考慮的問題,這全要包括有機電解質 自身熱穩定性以及 電極隋機電解質相互作用的熱穩定性兩個方面。一般認為,正極/有機電解質的反應對鏗離子電池安全性 的影響是主要因素。因為正極、電解質的反應動力學非???,故控 制著整個電池耐熱性能 。如果電池的環境溫度足以引起正極電解質反應,就會導致電池的熱失控狀態,甚至起火、爆炸。放電電流的大小直接影響鋰離子電池的放電容量,在大電流放電時不僅存在嚴重的電解質界面極化,還有活性體即嵌入離子及在電極中的擴散極化。

          (3)長期深度充放點

          放電要轉入從內部結構來說,一是會造成電解液過度揮發,二是鋰電池的負極過度反應使其介質膜發生變化造成脫嵌能力下降,形成容量的永久性損失;充電主要從電壓穩定性和到深夜電網電壓升高,本已經停止充電的充電器,電壓升高后,又會繼續充電,造成電池過充電導致正極材料結構變化容量損失,分解放氧與電解液劇烈氧化反應進而燃燒爆炸;電解液有機溶劑/電解質鋰鹽分解;負極析鋰過放可能導致負極銅集電極溶解,正極形成銅枝晶。

          (4)震動和沖撞

          一般是工藝原因,如焊接牢固與否,內部電路是否設計合理等有關。

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        鋰電池的常見安全問題及解決方法


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