锂离子电池容量衰减原因分析
动力电池的循环寿命与容量衰减分析

动力电池的循环寿命与容量衰减分析动力电池作为电动车辆的核心组件,其循环寿命和容量衰减对电动车的续航能力和性能表现起着重要的影响。
本文将对动力电池的循环寿命与容量衰减进行分析,并讨论其影响因素和改进方法。
一、循环寿命动力电池的循环寿命指的是电池在循环充放电过程中所能经受的循环次数。
循环寿命的长短直接决定了动力电池的可靠性和使用寿命。
循环寿命受多种因素影响,包括电池材料、电池管理系统、使用环境等。
1. 电池材料:电池材料的质量和特性对循环寿命有着重要影响。
目前常见的动力电池材料包括锂离子电池、镍氢电池等。
其中,锂离子电池由于其高能量密度和较低的自放电率,已成为电动车领域的主流选择。
而对于锂离子电池而言,正极材料和电解液是影响循环寿命的关键因素。
2. 电池管理系统:电池管理系统是指对电池进行监控和控制的系统,对于提高电池的循环寿命至关重要。
电池管理系统能够实时监测电池的工作状态和性能,并根据需要采取相应的控制策略,如充放电限制、温度控制等,以减缓容量衰减和延长循环寿命。
3. 使用环境:使用环境对电动车电池的循环寿命有较大影响。
温度是影响电池性能的重要因素之一,过高或过低的温度都会导致电池容量下降和寿命缩短。
此外,充电和放电速率、循环深度等参数也会对电池的循环寿命产生影响。
二、容量衰减动力电池的容量衰减是指电池在使用过程中其容量逐渐减小的现象。
容量衰减是电池性能下降的主要表现之一,会导致电池的续航里程减少和使用寿命缩短。
容量衰减的主要原因是电池内部反应和物理变化导致的材料损失和结构变化。
1. 电池内部反应:在充放电过程中,电池内部会发生一系列的电化学反应,包括锂离子的嵌入和脱嵌、电解液的分解和腐蚀等。
这些反应会导致电池正负极材料的损耗和结构变化,从而引起容量衰减。
2. 物理变化:电池在循环充放电过程中,会发生一系列物理变化,如电极材料在电化学反应中的体积变化、固体电解质界面层的生长和损耗等。
这些物理变化都会导致电池材料的损耗和结构破坏,进而导致容量衰减。
锂电池容量衰减原因分析

锂电池容量衰减原因分析锂电池容量衰减原因分析随着科技的发展,锂电池已成为许多电子设备的主要能量来源。
然而,随着时间的推移,锂电池的容量会逐渐下降,导致电池续航能力减弱。
这种容量衰减是由多种因素引起的,下面将对其进行分析。
首先,锂电池容量衰减的主要原因之一是化学反应。
在锂电池中,正极和负极之间的化学反应会导致电池容量的减少。
正极材料中的锂离子在充放电过程中会与电解液中的溶液发生化学反应,形成化合物。
随着反应的进行,这些化合物会堆积在电极表面,阻碍锂离子的迁移,从而减少电池的容量。
其次,锂电池容量衰减还与电池的使用环境有关。
高温环境是导致锂电池容量衰减的罪魁祸首之一。
在高温下,电池内部的化学反应会加速,导致电池的寿命缩短。
此外,高温还会引起电池内部的膨胀和变形,从而导致电池的容量减少。
因此,在使用锂电池时要尽量避免高温环境,以延长电池的寿命。
另外,锂电池容量衰减还与过充和过放有关。
过充会导致锂电池内部的化学反应不稳定,从而损坏电池的结构和性能;而过放会导致电池内部的化学反应无法正常进行,减少锂离子的储存量。
因此,正确使用和充电锂电池是延长电池寿命的重要因素。
最后,锂电池的容量衰减还与充电和放电速度有关。
过快的充电和放电会导致电池内部产生过多的热量,从而加速电池容量的衰减。
因此,在充放电过程中要控制好电流的大小,避免过快充放电。
综上所述,锂电池容量衰减是由多种因素共同作用引起的。
化学反应、使用环境、过充和过放以及充放电速度都会对锂电池的容量产生影响。
因此,在使用锂电池时,我们应该注意正确使用和充电,避免高温环境,并控制好充放电速度,以延长锂电池的寿命和续航能力。
锂电池衰减机制的研究及其对电池寿命的影响分析

锂电池衰减机制的研究及其对电池寿命的影响分析随着电动汽车市场的不断扩大,锂电池已经成为了电动汽车的重要部件之一。
锂电池除了作为电动汽车的动力源,也广泛应用于电子设备、储能系统等领域。
然而,锂电池还存在着衰减机制,这也是电池寿命受限的原因之一。
那么,锂电池衰减机制是怎样的呢?它又对电池寿命有怎样的影响呢?一、锂电池衰减机制锂电池的内部由一个电解质、一个阳极和一个阴极组成。
当电池正处于充电状态时,锂离子从阳极流向阴极,在阴极上发生化学反应,锂离子与阴极材料表面的材料反应,同时释放出电子。
在充电过程中,锂离子和电子回到阳极并合成锂离子,这样就完成了一个充电周期。
而在放电过程中,反应则相反。
不过,随着充放电的反复进行,锂电池的性能会逐渐下降。
其中,锂离子电池的衰减机制包括两种,一种是容量衰退,即得到的电量比储存的电量少;另一种是循环寿命的衰退,即循环次数降低,变成了电池的充放电寿命。
容量衰退是导致锂电池性能下降的主要因素之一,这是因为在充电和放电过程中,电解液中的金属、锂和有机化合物可以沉积在电极表面上,形成一个固体电解质膜(SEI)。
虽然SEI可以保护电极材料以防止其与电解液中的成分发生反应,但SEI的存在也会损害电池的可逆容量。
当SEI变厚或缺陷增多时,电极材料的活性表面积就减少,从而导致可逆容量减少。
循环寿命衰退是另一种罕见的锂电池衰减机制,这是因为在充电和放电过程中,电池中的金属、锂和有机化合物会发生复杂的化学反应,导致阳极和阴极材料发生层状结构、电解液的损失,以及金属离子的沉积。
这些反应都会逐渐损害电池的可逆性,从而导致电池寿命的缩短。
二、锂电池衰减对电池寿命的影响分析衰减机制是锂电池寿命受限的重要原因之一。
根据估计,2025年全球锂电池寿命的衰退将会增加50%。
锂电池衰减对电池寿命的影响分析可以从以下几个方面进行:1. 容量衰退容量衰退是锂电池发生衰减的主要方式,它会降低电池的可用容量,从而缩短充电时间和使用时间。
锂离子电池寿命衰减的研究报告

添加标题
添加标题
添加标题
添加标题
随着充放电次数的增加,锂离子电 池的容量逐渐下降,内阻逐渐增大。
通过对比不同品牌和型号的锂离子 电池,发现其寿命衰减特性存在差 异。
实验结论
锂离子电池寿命衰减的实验研究结 果表明,锂离子电池的寿命衰减与 充放电次数、温度、荷电状态等因 素有关。
温度对锂离子电池寿命衰减也有显 著影响。高温下充放电会使电池性 能下降更快,寿命衰减更严重。
安全性
研发新型电极材料:提高电 池性能,延长使用寿命
拓展应用领域:开发高能量 密度和长寿命的锂离子电池,
满足不同领域需求
拓展锂离子电池的应用领域
储能领域:利用锂离子电池 储存可再生能源,解决能源 波动问题,提高能源利用效 率
航空航天:探索锂离子电池 在航空航天领域的应用,提
高飞行器的性能和安全性
电动汽车:提高锂离子电池 的能量密度和寿命,降低成 本,推动电动汽车的普及
锂离子电池容量衰减随充放电循环次数的增加而降低 温度对锂离子电池寿命衰减有显著影响,高温下衰减更快 锂离子电池的寿命衰减与正负极材料性能退化有关 通过实验数据分析,得出锂离子电池寿命衰减的规律和趋势
结果与讨论
实验结果表明,锂离子电池的寿命 衰减与充放电次数、温度和电流密 度等因素有关。
在不同温度和电流密度下,锂离子 电池的寿命衰减表现出不同的规律。
开发新型锂离子电池材料
开发高能量密度材料:提高电池的能量密度,延长电池的寿命 开发高稳定性材料:提高电池的稳定性,降低电池的衰减速度 开发新型电解质材料:提高电池的离子传导性能,降低内阻,减少损耗 开发新型电极材料:提高电极的电化学性能,增强电池的充放电能力
锂离子电池寿命 衰减的研究展望
锂电池容量衰退的原因总结与分析

锂电池容量衰退的原因总结与分析一、析锂和SEI膜本文综合分析了锂离子电池容量衰退机理,对影响锂离子电池老化与寿命的因素进行分类整理,详细阐述了过充、SEI膜生长与电解液、自放电、活性材料损失、集流体腐蚀等多种机理,总结了近年来各领域学者在电池老化机理方面的研究进展,详细分析了锂离子电池老化影响因素与作用方式,阐述了老化副反应建模方法。
(1)锂离子电池老化原因分类与影响1、锂离子电池老化原因分类锂离子电池的老化过程受其在电动汽车上的成组方式、环境温度、充放电倍率和放电深度等多种因素影响,容量及性能衰退通常是多种副反应过程共同作用的结果,与众多物理及化学机制相关,其衰减机理与老化形式十分复杂。
综合近年来国内外的研究进展,目前影响锂离子电池容量衰退机理的主因包括:SEI膜生长、电解液分解、锂离子电池自放电、电极活性材料损失、集流体腐蚀等。
在实际的锂离子电池老化过程中,各类副反应伴随着电极反应同时发生,各类老化机理共同作用,相互耦合,增大了老化机理研究的难度。
2、锂离子电池老化影响锂离子电池老化对电池综合性能具有比较深刻的影响,主要体现在充放电性能下降、可用容量衰减、热稳定性下降等。
锂离子电池老化后主要的外特性表现为可用容量下降与电池内阻上升,进而导致锂离子电池的实际充放电容量、最大可用充放电功率等下降;同时因锂离子电池内阻上升,在使用过程中伴随生热增加、模组内温度上升、温度不一致性增大等问题,对锂离子电池热管理系统要求提高;而锂离子电池内部的副反应等则因电池成组方式、连接结构等导致单体使用工况存在差异,随着电池使用,电池内各单体间的老化速度存在差异,加剧了锂离子电池组不一致性的产生。
锂离子电池的开路电压曲线表征了当前锂离子电池内部电动势。
随着锂离子电池老化后,开路电压曲线相对于原始状态会发生一定程度的偏移或变形,从而导致锂离子电池的实际充放电电压曲线会发生变化,影响实际使用过程中的电池管理系统电池状态估算精度。
锂离子电池失效机理

锂离子电池失效机理
锂离子电池的失效机理主要包括容量衰减。
容量衰减进一步分为可逆容量衰减和不可逆容量衰减。
可逆容量衰减是由于电池充放电制度异常或电池使用环境不佳导致的,这类衰减可以通过调整电池充放电制度和改善电池使用环境等措施使丢失的容量恢复。
不可逆容量衰减则是由于电池内部发生了不可逆的改变,产生了不可恢复的容量损失。
这种损失通常与电池制作工艺、电池使用环境等客观因素有紧密联系。
从材料角度看,造成失效的原因主要有正极材料的结构失效、负极表面SEI过渡生长、电解液分解与变质、集流体腐蚀、体系微量杂质等。
此外,锂电池的失效分析分为两个方向:
基于锂电池失效的诊断分析,以失效为出发点,追溯到电池材料的失效机理,以达到分析失效原因的目的。
基于累积失效原因数据库的机理探索分析,以设计材料的失效点为出发点,探究锂电池失效发生过程的各类影响因素,以达到预防为主的目的。
以上分析仅供参考,如需更专业的信息,建议咨询电池行业或材料科学领域的专家。
电池容量衰减分析

电池容量衰减分析电池容量衰减分析电池容量衰减是指电池在使用过程中,其储存和释放电能的能力逐渐降低的现象。
这种衰减会导致电池续航时间变短,需要更频繁地充电。
以下是一步一步的分析。
1. 原因分析:电池容量衰减的主要原因是电池内部化学反应的变化。
随着电池不断地充放电,其中的正负极材料会逐渐失去活性,从而减少了电池的容量。
此外,温度、充电速率和使用环境等因素也会影响电池容量的衰减。
2. 衰减速度:电池容量的衰减速度取决于电池的类型和使用条件。
一般来说,锂离子电池的容量衰减速度较慢,而镍氢电池和镍镉电池的衰减速度较快。
同时,高温下的电池容量衰减速度也会加快。
3. 延长电池寿命:为了延长电池的寿命,我们可以采取一些措施。
首先,避免将电池长时间放置在高温环境中,因为高温会加速电池容量的衰减。
其次,控制充电速率,尽量避免高速充电,因为过快的充电会对电池造成损害。
另外,使用合适的充电器也很重要,不要使用不兼容的充电器,以免对电池造成损害。
4. 选择高质量电池:购买高质量的电池也是延长电池寿命的关键。
较低质量的电池可能容易出现容量衰减较快的问题。
因此,在购买电池时,选择信誉好、品质有保证的品牌和型号会更加可靠。
5. 合理使用电池:合理使用电池也是延长其寿命的重要策略。
避免将电池完全放电后再充电,保持电池的电量在20%至80%之间是一个较好的范围。
此外,定期对电池进行充放电循环也有助于维持其性能。
综上所述,电池容量衰减是一种常见现象,但我们可以通过了解衰减的原因和速度,采取一些措施来延长电池的使用寿命。
选择高质量的电池、避免高温环境、控制充电速率和合理使用电池都是有效的方法。
通过这些措施,我们可以更好地利用电池的容量,并减少对电池的频繁充电。
锂电池老化原理

锂电池老化原理
锂电池老化原理指的是锂离子电池在长期使用过程中性能逐渐下降的过程。
锂电池老化的原因主要有以下几点:
1. 电极材料的老化:锂电池的电极由锂离子正极材料和负极材料组成。
长期充放电过程中,正极材料和负极材料会发生结构损伤、晶格变化等,导致电极的容量和电导率降低,从而影响电池的性能。
2. 电解液的衰减:锂电池中的电解液会随着时间的推移和循环次数的增加而逐渐衰减。
衰减的电解液会导致电池内部电极与电解质之间的接触不良,阻碍离子的传输,影响锂离子的嵌入和脱嵌,从而影响电池的容量和循环寿命。
3. SEI膜的生长:锂电池在初次充电时,正负极材料表面会形成固体电解质界面膜(SEI膜)。
SEI膜是一种保护膜,可以防止电解液中的电解质与电极材料直接接触。
然而,随着循环次数的增加,SEI膜会不断生长,并且变得不稳定,容易出现开裂和结构不完整的情况,导致电池的容量损失和内阻增加。
4. 温度的影响:温度是影响锂电池老化速度的重要因素。
高温会加速电池内部的化学反应,加剧电极材料的老化和SEI膜的破坏,从而导致电池寿命的缩短。
综上所述,锂电池老化是多种因素综合作用的结果,其中电极材料的老化、电解液的衰减、SEI膜的生长以及温度的影响是
主要原因。
为了延长锂电池的使用寿命,需要合理使用和维护锂电池,避免过度充放电和高温环境等不利因素的影响。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。
最全最经典的锂离子电池容量衰减原因分析(附各原因专家分析)本质原因锂离子电池在两个电极间发生嵌入反应时具有不同的嵌入能量,而为了得到电池的最佳性能,两个宿主电极的容量比应该保持一个平衡值。
在锂离子电池中,容量平衡表示成为正极对负极的质量比,即:γ=m+/m-=ΔxC-/ΔyC+式中C指电极的理论库仑容量,Δx、Δy分别指嵌入负极及正极的锂离子的化学计量数。
从上式可以看出,两极所需要的质量比依赖于两极相应的库仑容量及其各自可逆锂离子的数目。
一般说来,较小的质量比导致负极材料的不完全利用;较大的质量比则可能由于负极被过充电而存在安全隐患。
总之在最优化的质量比处,电池性能最佳。
对于理想的Li-ion电池系统,在其循环周期内容量平衡不发生改变,每次循环中的初始容量为一定值,然而实际上情况却复杂得多。
任何能够产生或消耗锂离子或电子的副反应都可能导致电池容量平衡的改变,一旦电池的容量平衡状态发生改变,这种改变就是不可逆的,并且可以通过多次循环进行累积,对电池性能产生严重影响。
在锂离子电池中,除了锂离子脱嵌时发生的氧化还原反应外,还存在着大量的副反应,如电解液分解、活性物质溶解、金属锂沉积等,如图1所示。
Arora等[3]将这些容量衰减的过程与半电池的放电曲线对照起来,使得我们可以清楚地看出电池工作时发生容量衰减的可能性及其原因,如图2所示。
一、过充电1、石墨负极的过充反应:电池在过充时,锂离子容易还原沉积在负极表面:Li++e→Li(s),沉积的锂包覆在负极表面,阻塞了锂的嵌入。
【电源网】【李伟善】【黄可龙】【阮艳莉】导致放电效率降低和容量损失,原因有:①可循环锂量减少;【电源网】【李伟善】【阮艳莉】②沉积的金属锂与溶剂或支持电解质反应形成Li2CO3,LiF 或其他产物;③金属锂通常形成于负极与隔膜之间,可能阻塞隔膜的孔隙增大电池内阻。
④由于锂的性质很活泼,易与电解液反应而消耗电解液.从而导致放电效率降低和容量的损失。
【黄可龙】快速充电,电流密度过大,负极严重极化,锂的沉积会更加明显。
这种情况容易发生在正极活性物相对于负极活性物过量的场合,【电源网】但是,在高充电率的情况下,即使正负极活性物的比例正常,也可能发生金属锂的沉积。
【李伟善】2、正极过充反应当正极活性物相对于负极活性物比例过低时,容易发生正极过充电。
【李伟善】正极过充导致容量损失主要是由于电化学惰性物质(如Co3O4,Mn2O3 等)的产生,破坏了电极间的容量平衡,其容量损失是不可逆的。
(1)LiyCoO2LiyCoO2→(1-y)/3[Co3O4+O2(g)]+yLiCoO2 y<0.4【电源网】【李伟善】【黄可龙】同时正极材料在密封的锂离子电池中分解产生的氧气由于不存在再化合反应(如生成H2O)与电解液分解产生的可燃性气体同时积累,后果将不堪设想。
【电源网】【黄可龙】(2)λ-MnO2锂锰反应发生在锂锰氧化物完全脱锂的状态下:λ-MnO2→Mn2O3+O2(g)【李伟善】3、电解液在过充时氧化反应当压高于4.5V 时电解液就会氧化生成不溶物(如Li2Co3)和气体,这些不溶物会堵塞在电极的微孔里面阻碍锂离子的迁移而造成循环过程中容量损失。
影响氧化速率因素:正极材料表面积大小【电源网】【黄可龙】集电体材料【电源网】【黄可龙】所添加的导电剂(炭黑等)【电源网】【黄可龙】炭黑的种类及表面积大小【电源网】【黄可龙】在目前较常用电解液中,EC/DMC被认为是具有最高的耐氧化能力。
溶液的电化学氧化过程一般表示为:溶液→氧化产物(气体、溶液及固体物质)+ne- 任何溶剂的氧化都会使电解质浓度升高,电解液稳定性下降,最终影响电池的容量。
假设每次充电时都消耗一小部分电解液,那么在电池装配时就需要更多的电解液。
对于恒定的容器来说,这就意味着装入更少量的活性物质,这样会造成初始容量的下降。
此外,若产生固体产物,则会在电极表面形成钝化膜,这将引起电池极化增大而降低电池的输出电压。
【阮艳莉】二、电解液分解(还原)I在电极上分解1、电解质在正极上分解:电解液由溶剂和支持电解质组成,在正极分解后通常形成不溶性产物Li2Co3 和LiF等,通过阻塞电极的孔隙而降低电池容量,电解液还原反应对电池的容量和循环寿命会产生不良影响,并且由于还原产生了气体会使电池内压升高,从而导致安全问题。
【电源网】【李伟善】正极分解电压通常大于4.5V(相对于Li/ Li+),所以,它们在正极上不易分解。
相反,电解质在负极较易分解。
【李伟善】2、电解质在负极上分解:电解液在石墨和其它嵌锂碳负极上稳定性不高,容易反应产生不可逆容量。
初次充放电时电解液分解会在电极表面形成钝化膜,钝化膜能将电解液与碳负极隔开阻止电解液的进一步分解。
从而维持碳负极的结构稳定性。
理想条件下电解液的还原限制在钝化膜的形成阶段,当循环稳定后该过程不再发生。
【电源网】【黄可龙】钝化膜的形成电解质盐的还原参与钝化膜的形成,有利于钝化膜的稳定化,但(1)还原产生的不溶物对溶剂还原生成物会产生不利影响;【电源网】(2)电解质盐还原时电解液的浓度减小,最终导致电池容量损失(LiPF6 还原生成LiF、LixPF5-x、PF3O 和PF3);【电源网】【黄可龙】(3)钝化膜的形成要消耗锂离子,这会导致两极间容量失衡而造成整个电池比容量降低。
【电源网】(4)如果钝化膜上有裂缝,则溶剂分子能透入,使钝化膜加厚,这样不但消耗更多的锂,而且有可能阻塞碳表面上的微孔,导致锂无法嵌入和脱出,造成不可逆容量损失。
在电解液中加一些无机添加剂,如CO2,N2O,CO,SO2和Sx2-等,可加速钝化膜的形成,并能抑制溶剂的共嵌和分解,加入冠醚类有机添加剂也有同样的效果,其中以12冠4醚最佳。
【黄可龙】成膜容量损失的因素:(1)工艺中使用碳的类型;【电源网】(2)电解液成份;【电源网】(3)电极或电解液中添加剂。
【电源网】Blyr认为离子交换反应从活性物质粒子表面向其核心推进,形成的新相包埋了原来的活性物质,粒子表面形成了离子和电子导电性较低的钝化膜,因此贮存之后的尖晶石比贮存前具有更大的极化。
Zhang通过对电极材料循环前后的交流阻抗谱的比较分析发现,随着循环次数的增加,表面钝化层的电阻增加,界面电容减小。
反映出钝化层的厚度是随循环次数而增加的。
锰的溶解及电解液的分解导致了钝化膜的形成,高温条件更有利于这些反应的进行。
这将造成活性物质粒子间接触电阻及Li+迁移电阻的增大,从而使电池的极化增大,充放电不完全,容量减小。
【刘庆国】II电解液的还原机理电解液中常常含有氧、水、二氧化碳等杂质,在电池充放电过程中发生氧化还原反应。
【黄可龙】电解液的还原机理包括溶剂还原、电解质还原及杂质还原三方面:【阮艳莉】1、溶剂的还原PC和EC的还原包括一电子反应和二电子反应过程,二电子反应形成Li2CO3:【李伟善】【李伟善】【阮艳莉】Fong等认为,在第一次放电过程中,电极电势接近O.8V(vs.Li/Li+)时,PC/EC在石墨上发生电化学反应,生成CH=CHCH3(g)/CH2=CH2(g)和LiCO3 (s),导致石墨电极上的不可逆容量损失。
Aurbach等对各种电解液在金属锂电极和碳基电极上还原机理及其产物进行了广泛的研究,发现PC的一电子反应机理产生ROCO2Li和丙烯。
ROCO2Li对痕量水很敏感,有微量水存在时主要产物为Li2CO3和丙稀,但在干燥情况下并无Li2CO3产生。
DEC的还原:【阮艳莉】Ein-Eli Y报道,由碳酸二乙酯(DEC)和碳酸二甲酯(DMC)混合而成的电解液,在电池中会发生交换反应,生成碳酸甲乙酯(EMC),对容量损失产生一定的影响。
2、电解质的还原电解质的还原反应通常被认为是参与了碳电极表面膜的形成,因此其种类及浓度都将影响碳电极的性能。
在某些情况下,电解质的还原有助于碳表面的稳定,可形成所需的钝化层。
【阮艳莉】一般认为,支持电解质要比溶剂容易还原,还原产物夹杂于负极沉积膜中而影响电池的容量衰减。
几种支持电解质可能发生的还原反应如下:【李伟善】【阮艳莉】最后一步:【阮艳莉】3、杂质还原(1)电解液中水含量过高会生成LiOH(s)和Li2O 沉积层,不利于锂离子嵌入,造成不可逆容量损失:H2O+e→OH-+1/2H2OH-+Li+→LiOH(s)LiOH+Li++e→Li2O(s)+1/2H2 【电源网】【李伟善】【黄可龙】【阮艳莉】生成LiOH(s)在电极表面沉积,形成电阻很大的表面膜,阻碍Li+嵌入石墨电极,从而导致不可逆容量损失。
【黄可龙】溶剂中微量水(100-300×10-6)对石墨电极性能没影响。
【黄可龙】(2)溶剂中的CO2 在负极上能还原生成CO 和LiCO3(s):2CO2+2e+2Li+→Li2CO3+COCO 会使电池内压升高,而Li2CO3(s)使电池内阻增大影响电池性能。
【电源网】【李伟善】(3)溶剂中的氧的存在也会形成Li2O1/2O2+2e+2Li+→Li2O【李伟善】【阮艳莉】因为金属锂与完全嵌锂的碳之间电位差较小,电解液在碳上的还原与在锂上的还原类似。
三、自放电自放电是指电池在未使用状态下,电容量自然损失的现象。
锂离子电池自放电导致容量损失分两种情况:一是可逆容量损失;二是不可逆容量的损失。
可逆容量损失是指损失的容量能在充电时恢复,而不可逆容量损失则相反,正负极在充电状态下可能与电解质发生微电池作用,发生锂离子嵌入与脱嵌,正负极嵌入和脱嵌的锂离子只与电解液的锂离子有关,正负极容量因此不平衡,充电时这部分容量损失不能恢复。
如:锂锰氧化物正极与溶剂会发生微电池作用产生自放电造成不可逆容量损失:LiyMn2O4+xLi++xe→Liy+xMn2O4【电源网】【李伟善】【阮艳莉】溶剂分子(如PC)在导电性物质碳黑或集流体表面上作为微电池负极氧化:xPC→xPC-自由基+xe 【李伟善】同样,负极活性物质可能会与电解液发生微电池作用产生自放电造成不可逆容量损失,电解质(如LiPF6)在导电性物质上还原:PF5+xe→PF5-x 【李伟善】充电状态下的碳化锂作为微电池的负极脱去锂离子而被氧化:LiyC6→Liy-xC6+xLi++xe 【李伟善】自放电影响因素:正极材料的制作工艺;【电源网】【黄可龙】电池的制作工艺;【电源网】【黄可龙】电解液的性质;【电源网】【黄可龙】温度;【电源网】【黄可龙】时间。
【电源网】【黄可龙】自放电速率主要受溶剂氧化速率控制,因此溶剂的稳定性影响着电池的贮存寿命。
【电源网】【黄可龙】【阮艳莉】溶剂的氧化主要发生在碳黑表面,降低碳黑表面积可以控制自放电速率,【阮艳莉】【黄可龙】但对于LiMn2O4正极材料来说,降低活性物质表面积同样重要,同时集电体表面对溶剂氧化所起的作用也不容忽视。