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影響鋰離子電池循環性能的因素

發布時間:2017-7-6 2:18:21,發布者:

       隨著科技的發展和技術的日益成熟,鋰電子電池的應用也越來越廣泛。鋰離子電池在經過多個周期充放電循環后會出現電池容量等性能下降的現象。鋰離子電池充放電循環過程是一個復雜的物理化學反應過程,其循環壽命影響因素是多方面的。一方面與電池本身的特性相關,例如設計、制造工藝和材料性能退化等;另一方面與電池使用過程中的環境因素有關,例如使用環境和充放電制度等。下面就對影響鋰離子電池循環壽命的因素進行分析。


一.設計和制作工藝  


1、水分 
過多的水分會與正負極活性物質發生副反應、破壞其結構進而影響循環,同時水分過多也不利于SEI膜的形成,但在痕量的水分難以除去的同時,痕量的水也可以一定程度上保證電芯的性能。 


2、正負極壓實  

正負極壓實過高,雖然可以提高電芯的能量密度,但是也會一定程度上降低材料的循環性能,從理論來分析,壓實越大,相當于對材料的結構破壞越大,而材料的結構是保證鋰離子電池可以循環使用的基礎;此外,正負極壓實較高的電芯難以保證較高的保液量,而保液量是電芯完成正常循環或更多次的循環的基礎。 


3、負極過量 

對于鈷酸鋰加石墨體系而言,負極石墨成為循環過程中的"短板"一方較為常見,若負極過量不充足,電芯可能在循環前并不析鋰,但是循環幾百次后正極結構變化甚微但是負極結構被破壞嚴重而無法完全接收正極提供的鋰離子從而析鋰,造成容量過早下降。 


4、涂布膜密度

膜密度不一致要么帶來容量的差異、要么是電芯卷繞或疊片層數的差異,對同型號同容量同材料的電芯而言,降低膜密度相當于增加一層或多層卷繞或疊片層數,對應增加的隔膜可以吸收更多的電解液以保證循環,考慮到更薄的膜密度可以增加電芯的倍率性能、極片及裸電芯的烘烤除水也會容易些,當然太薄的膜密度涂布時的誤差可能更難控制,活性物質中的大顆粒也可能會對涂布、滾壓造成負面影響,更多的層數意味著更多的箔材和隔膜,進而意味著更高的成本和更低的能量密度,所以,評估時也需要均衡考量。 


5、材料種類  

材料的選擇是影響鋰離子性能的第一要素,從材料角度來看,一個全電池的循環性能,是由正極與電解液匹配后的循環性能、負極與電解液匹配后的循環性能這兩者中,較差的一者來決定的,材料的循環性能較差,一方面可能是在循環過程中晶體結構變化過快從而無法繼續完成嵌鋰脫鋰,一方面可能是由于活性物質與對應電解液無法生成致密均勻的SEI膜造成活性物質與電解液過早發生副反應而使電解液過快消耗進而影響循環。


二.電池使用時的環境因素


1.溫度環境 

溫度環境過低或過高都會影響鋰電池的循環壽命。鋰離子電池在低溫下放電容量減少,由于鋰離子在低溫下從負極脫出較為容易,嵌入較為困難。充電時金屬鋰會出現并與電解液發生反應,形成新的SEI 膜覆蓋在原來的SEI 膜上,使電池的阻抗增大從而導致電池的容量下降。高溫下鋰離子電池的充放電循環是不穩定,高溫導致電池的電極電化學極化加劇和氣體的產生,造成鼓脹現象,同時電荷傳輸電阻增加,離子傳輸動力學性能降低。


 2.運輸過程 

使用鋰離子電池的設備在運輸或正常工作的情況下,有可能會經受振動、沖擊、碰撞等條件的考驗。某些鋰電池在與系統通信時進行充放電并根據一定頻率接收數據信息。設備振動時的頻率有可能對電池產生干擾,從而引起芯片數據出錯或引發保護電路動作。強振動或沖擊下,鋰離子電池的極耳、外部的連線、接線柱、焊點等可能會折斷或脫落,電池極片上的活性物質也可能剝落,這都會影響電池的壽命甚至產生危險的情況。


 三. 循環過程中充放電制度 

鋰離子電池的使用過程即充放電循環的過程,充放電電流、充放電截止電壓以及采用何種充放電方式等充放電制度對鋰離子電池的循環壽命也有很重要的影響。凡盲目增大電池的工作電流、增加充電截止電壓、降低放電截止電壓等都會使電池性能下降。


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