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？使用過的用戶應該都知道鋰電池在使用一段時間之后容量會縮減。三元材料鋰電池的使用時間長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，也就是帶負荷能力越強。那么，三元材料鋰電池容量為什么會衰減呢？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構變化

　　正極材料是鋰離子的主要來源，當鋰離子從正極中脫出時候，為了維持材料電中性狀態，金屬元素必然會被氧化到達一個高的氧化態，這里就伴隨了組分的轉變。組分的轉變容易導致相轉移和體相結構的變化。電極材料相轉變可以引起晶格參數的變化及晶格失配，由此產生的誘導應力引起晶粒的破碎，并引發裂紋的傳播，造成材料的結構發生機械破壞，從而引起電化學性能衰減。

　　KIM等對層狀LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2正極材料的微觀結構進行了研究分析，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Ni2+向Li+空穴遷移的情況，導致產生結構的無序性；體積的反復變化導致活性材料產生裂紋及孔隙，隨著循環的進行，材料結構逐漸由菱方結構轉變成尖晶石相，在循環初期結構的激烈變化導致容量及電壓的快速衰退。

　　●三元鋰電池負極材料結構

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

　　隨著鋰電池使用，石墨結構的變化也會造成電池容量下降。LIU[2]等研究了LiFePO4/C電池的容量衰減機制，同樣適用于三元鋰電池，研究發現循環后的碳材料雖然保持了石墨的形貌結構，但是其(002)晶面的半高寬變大，導致c軸方向的晶粒尺寸變小，晶體結構的改變導致碳材料出現裂紋，進而破壞負極表面的SEI膜并促進SEI膜的修復，SEI膜的過度生長消耗活性鋰，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

　　電解液的性質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、電解質和添加劑三個部分。溶劑的分解、電解質的分解都會導致電池容量的損失。電解液的分解和副反應是鋰電池容量衰減的主要因素，無論采用何種正負極材料、何種工藝，隨著鋰電池循環使用，電解液的分解及與正負極材料間發生的界面反應都會造成容量的衰減。

　　三元材料鋰電池的優點

　　三元材料因其價格低廉，性能穩定，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點。

　　1、正極為三元鋰電池材料，負極為人造石墨與其他先進負極材料的混合體。

　　2、疊片式軟包裝工藝，該結構電流集流均勻、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，單體電池及模塊經過跌落、擠壓、針刺、熱箱、過充過放等安全性評價試驗，滿足中國有關電池的標準法規要求。

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

　　5、25Ah動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，提高續駛里程。

　　6、在大電流充放電時，極化小，溫升低。電池可持續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。采用多項專利制造工藝，粉體的前處理技術，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定性。

　　三元材料鋰電池的缺點

　　安全性較差和循環壽命較短是三元鋰電池的主要短板，尤其是安全性能，是一直限制其大規模配組，和大規模集成應用的一個主要因素。大量實測表明，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用領域是3C數碼等消費類電子產品。

　　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有一些的問題，但是消費者在使用的時候不能因為它的缺點及全部忽略它的缺點，回頭去看，鋰電池的出現還是給人們的生活帶來很大的便利的。