三元电池容量衰减原因

近几年来,动力锂离子电池在电动汽车领域上得到了广泛的应用,特别是三元电池。然而,蓄电池的容量会随储存和运行时间的增加而缓慢衰退,这对产品的安全性,循环寿命和使用成本均产生不利影响。

那三元电池容量衰减原因有哪些?

1、正极材料结构变化

正极材料是锂离子的主要来源,当锂离子从正极中脱出时,为了维持材料电中性状态,金属元素必然会被氧化到达一个高的氧化态,从而导致组分转变,再次引起相转移和体相结构变化。电极材料的相转变会导致晶格参数变化与晶格失配,进而产生诱导应力引起晶粒破碎与裂纹传播,造成材料结构发生变化,引起电化学性能衰减。

锂电池图片

2、负极材料结构变化

锂电池容量的衰减第一次发生于化成阶段,在这个阶段负极表面会形成SEI膜,消耗部分锂离子,造成锂电池发生不可逆的容量损失。以商业化石墨负极材料为例,其经长期循环后虽然还可以保持石墨的形貌结构,但是其晶面的半高宽变大,导致c轴方向的晶粒尺寸变小,晶体结构的改变导致碳材料出现裂纹,进而破坏SEI膜并同时促进SEI膜的修复,该膜的过度生长会消耗大量锂离子,造成三元电池容量衰减。

3、电解液的氧化分解与界面反应

电解液中溶剂或者电解质的分解都会导致三元电池众多容量的损失,并且是锂电池容量衰减的主要因素。无论采用何种正负极材料、何种工艺,随着锂电池循环使用,电解液的分解及与正负极材料间发生的接口反应都会造成容量的衰减。

为此,生产者通过引入钴离子来减少阳离子混合占位情况,有效稳定材料的层状结构;通过引入锰离子来降低成本及提高材料稳定性。

 

 

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