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锂离子电池衰减原因分析

来源:锂离子电池 | 作者:友创伟业 | 发布时间: 2020-10-15 | 31 次浏览 | 分享到:
一、性能衰减:技术以及工艺要求高
 
1、容量衰减:相当于城市的生产总值下降了,可能是就业岗位减少,居住成本太高或居住环境劣化,以及就业人口流失。对应的也就是正负极活性材料减少和可移动的Li+减少。
 
2、内阻新增:相当于城市的工作效率低下,可能是政府行政阻力大,或是交通系统瘫痪导致员工上下班成本高,以及城市规划不合理居住地和工作地越来越远。也就是电池欧姆阻抗增大,导电性能下降,Li+运动路径劣化。
 
3、自放电大:相当于城市失业人口比例上升,占用了城市的资源却没有创造效益。也就是Li+异常损耗,电池内部微短路。
 
二、安全性衰减:要求好的质量
 
1、内短路风险增大:隔膜受损破裂或受热收缩。
 
2、机械形变和漏液:电池内部产气压力导致电池变形破损。
 
通过上面的描述我们大致可以想象出导致电池衰减的原因,那么又是什么具体的应用场景导致了上述的情况发生呢?本篇重要来梳理一下电池的具体衰减场景和影响因素。

1、正负极材料脱落和老化
 
电池在不断的充放电过程中正负极会不断进行收缩和膨胀变化,不可防止的会出现正负极材料在集流体上的脱落,使得可嵌入Li+的晶格数量下降,从而影响了电池容量。下图是磷酸铁锂正极材料出现反应的拓扑变化,在充放电过程中正极材料发生LiFePo4和FePo4的转化,由于整体的结构稳定性比较好,不容易发生晶格塌陷的情况。但有些正极材料(如LCO)结构容易被破坏,导致正极材料的活性物质损失。
 
2、SEI膜分解与再生成质量要求

在电池原理的介绍中提到电解液在化成过程中会和负极发生界面反应,消耗一部分Li+形成SEI膜;这个SEI膜能起到保护电极的用途,理论上假如SEI膜足够稳定就能够防止电解液与负极材料继续发生反应。但在实际中SEI膜或多或少会不断的分解和再生成,在这个过程中就会造成正负极材料、电解液、以及Li+的持续损失(这也是导致电池自放电的部分原因)。并且SEI膜的不断增厚会造成负极表面扩散孔道的堵塞,不利于Li+的扩散,这也就导致了电池内阻的不断增大。
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