三元材料鋰電池容量衰減是什么原因

來源：存能電氣  日期：2019-05-23 15:25  瀏覽量：次

　　三元材料鋰電池容量衰減是什么原因？使用過的用戶應(yīng)該都知道鋰電池在使用一段時(shí)間之后容量會(huì)縮減。三元材料鋰電池的使用時(shí)間長(zhǎng)短主要是取決于鋰電池的電容量，鋰電池電壓越高電容量越大，也就是帶負(fù)荷能力越強(qiáng)。那么，三元材料鋰電池容量為什么會(huì)衰減呢？本文存能電氣小編將展開探討。

　　三元材料鋰電池容量衰減的原因

　　●三元鋰電池正極材料的結(jié)構(gòu)變化

　　正極材料是鋰離子的主要來源，當(dāng)鋰離子從正極中脫出時(shí)候，為了維持材料電中性狀態(tài)，金屬元素必然會(huì)被氧化到達(dá)一個(gè)高的氧化態(tài)，這里就伴隨了組分的轉(zhuǎn)變。組分的轉(zhuǎn)變?nèi)菀讓?dǎo)致相轉(zhuǎn)移和體相結(jié)構(gòu)的變化。電極材料相轉(zhuǎn)變可以引起晶格參數(shù)的變化及晶格失配，由此產(chǎn)生的誘導(dǎo)應(yīng)力引起晶粒的破碎，并引發(fā)裂紋的傳播，造成材料的結(jié)構(gòu)發(fā)生機(jī)械破壞，從而引起電化學(xué)性能衰減。

　　KIM等對(duì)層狀LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2正極材料的微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行了研究分析，由于Li+(0.76)與Ni2+(0.69)有相近的離子半徑，富鎳材料較易出現(xiàn)Ni2+向Li+空穴遷移的情況，導(dǎo)致產(chǎn)生結(jié)構(gòu)的無序性；體積的反復(fù)變化導(dǎo)致活性材料產(chǎn)生裂紋及孔隙，隨著循環(huán)的進(jìn)行，材料結(jié)構(gòu)逐漸由菱方結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變成尖晶石相，在循環(huán)初期結(jié)構(gòu)的激烈變化導(dǎo)致容量及電壓的快速衰退。

　　●三元鋰電池負(fù)極材料結(jié)構(gòu)

　　商業(yè)化鋰電池常用的負(fù)極材料有碳材料、鈦酸鋰等，本文以典型負(fù)極石墨進(jìn)行分析。鋰電池容量的衰減第一次發(fā)生于化成階段，在這個(gè)階段會(huì)在負(fù)極表面形成SEI，消耗部分鋰離子。

　　隨著鋰電池使用，石墨結(jié)構(gòu)的變化也會(huì)造成電池容量下降。LIU[2]等研究了LiFePO4/C電池的容量衰減機(jī)制，同樣適用于三元鋰電池，研究發(fā)現(xiàn)循環(huán)后的碳材料雖然保持了石墨的形貌結(jié)構(gòu)，但是其(002)晶面的半高寬變大，導(dǎo)致c軸方向的晶粒尺寸變小，晶體結(jié)構(gòu)的改變導(dǎo)致碳材料出現(xiàn)裂紋，進(jìn)而破壞負(fù)極表面的SEI膜并促進(jìn)SEI膜的修復(fù)，SEI膜的過度生長(zhǎng)消耗活性鋰，因此造成了電池的不可逆容量衰減。

　　●電解液的氧化分解與界面反應(yīng)

　　電解液的性質(zhì)顯著影響鋰離子電池的比容量、壽命、倍率充放電性能、工作溫度范圍以及安全性能等。電解液主要包括溶劑、電解質(zhì)和添加劑三個(gè)部分。溶劑的分解、電解質(zhì)的分解都會(huì)導(dǎo)致電池容量的損失。電解液的分解和副反應(yīng)是鋰電池容量衰減的主要因素，無論采用何種正負(fù)極材料、何種工藝，隨著鋰電池循環(huán)使用，電解液的分解及與正負(fù)極材料間發(fā)生的界面反應(yīng)都會(huì)造成容量的衰減。

　　三元材料鋰電池的優(yōu)點(diǎn)

　　三元材料因其價(jià)格低廉，性能穩(wěn)定，被稱為是鋰電池的首選材料，而以三元材料為正極的鋰電池更是具有多種優(yōu)點(diǎn)。

　　1、正極為三元鋰電池材料，負(fù)極為人造石墨與其他先進(jìn)負(fù)極材料的混合體。

　　2、疊片式軟包裝工藝，該結(jié)構(gòu)電流集流均勻、散熱性好、提升了電池倍率性能。

　　3、采用專利技術(shù)處理的隔膜，提高了三元鋰電池本體安全性，單體電池及模塊經(jīng)過跌落、擠壓、針刺、熱箱、過充過放等安全性評(píng)價(jià)試驗(yàn)，滿足中國(guó)有關(guān)電池的標(biāo)準(zhǔn)法規(guī)要求。

　　4、特殊的隔膜材料提高了隔膜的保液能力及孔隙率，減小電池內(nèi)阻。以1倍率電流充放電，放電深度為DOD80%的情況下進(jìn)行測(cè)試，3000次循環(huán)后，容量仍能保持在85%以上。

　　5、25Ah動(dòng)力電池的重量比能量為160Wh/kg，比磷酸鐵鋰電池高30%以上，可以減輕整車重量，提高續(xù)駛里程。

　　6、在大電流充放電時(shí)，極化小，溫升低。電池可持續(xù)3C充電，5C放電(瞬間10C)的高輸入輸出能力。

　　7、合理的電解液配比與配方，三元鋰電池的放電溫度范圍為-20～45℃，充電溫度范圍為0～45℃。

　　8、電池一致性好。采用多項(xiàng)專利制造工藝，粉體的前處理技術(shù)，保證了粉體混合和漿料混合的均勻性；特殊的化成工藝，保證了三元鋰電池成膜的穩(wěn)定性。

　　三元材料鋰電池的缺點(diǎn)

　　安全性較差和循環(huán)壽命較短是三元鋰電池的主要短板，尤其是安全性能，是一直限制其大規(guī)模配組，和大規(guī)模集成應(yīng)用的一個(gè)主要因素。大量實(shí)測(cè)表明，容量較大的三元電池很難通過針刺和過充等安全性測(cè)試，這也是大容量電池中一般都要多引入錳元素，甚至混合錳酸鋰一起使用的原因。500次的循環(huán)壽命在鋰電池中屬于中等偏下，因此三元鋰電池目前主要的應(yīng)用領(lǐng)域是3C數(shù)碼等消費(fèi)類電子產(chǎn)品。

　　以上就是存能小編給大家介紹的三元材料鋰電池容量衰減的原因了。容量縮減跟鋰電池的原理有很大一部分的原因，它的不足來源于它自己的原理，。雖然這種電池在使用上會(huì)有一些的問題，但是消費(fèi)者在使用的時(shí)候不能因?yàn)樗娜秉c(diǎn)及全部忽略它的缺點(diǎn)，回頭去看，鋰電池的出現(xiàn)還是給人們的生活帶來很大的便利的。