汽车动力电池解析:手把手带你认识锂离子电池(四)

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  第一篇:汽车动力电池解析:手把手带你认识锂离子电池(一)

  第二篇:汽车动力电池解析:手把手带你认识锂离子电池(二)

  第三篇:汽车动力电池解析:手把手带你认识锂离子电池(三)

  前面讲了两个跟能量相关的指标,会影响电池短时间的使用体验,接下来要讲两个跟锂离子电池长期稳定可靠使用相关的指标:循环寿命和安全性。

  七、 锂离子电池的循环寿命

  电池用着用着,感觉不耐用,容量没有以前多了,这些都是循环寿命不断衰减的体现。

  循环寿命的衰减,其实也就是电池当前的实际可用容量,相对于其出厂时的额定容量,不断下降的一种变化趋势。

  对于理想的锂离子电池,在其循环周期内容量平衡不会发生改变,每次循环中的初始容量都应该是一定值,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,对电池循环性能产生严重影响。

  影响锂离子电池循环寿命的因素有很多,但其内在的根本原因,还是参与能量转移的锂离子数量在不断减少。需要注意的是,电池当中的锂元素总量并未减少,而是“活化”的锂离子少了,它们被禁锢在了其他地方或活动的通道被堵塞了,不能自由的参与循环充放电的过程。

  那么,我们只要搞清楚这些本该参与氧化还原反应的锂离子,都跑哪儿去了,就能够搞清楚容量下降的机理,也就可以针对性的采取措施,延缓锂电池的容量下降趋势,提升锂电池的循环寿命。

  1. 金属锂的沉积

  通过前面的分析,我们知道锂离子电池当中是不应该存在锂的金属形态,锂元素要么是以金属氧化物、碳锂化合物的形态存在,要么是以离子的形态存在。

  金属锂的沉积,一般发生在负极表面。由于一定的原因,锂离子在迁移到负极表面时,部分锂离子没有进入负极活性物质形成稳定的化合物,而是获得电子后沉积在负极表面成为金属锂,并且不再参与后续的循环过程,导致容量下降。

  这种情况,一般有几种原因造成:充电超过截止电压;大倍率充电;负极材料不足。过充电或负极材料不足的时候,负极不能容纳从正极迁移过来的锂离子,导致金属锂的沉积发生。大倍率充电时,由于锂离子短时间内到达负极的数量过多,造成堵塞和沉积。

  金属锂的沉积,不但会造成循环寿命的下降,严重时还会导致正负极短路,造成严重的安全问题。

  要解决这个问题,就需要合理的正负极材料配比,同时严格限定锂电池的使用条件,避免超过使用极限的情况。当然,从倍率性能着手,也可以局部改善循环寿命。

  2. 正极材料的分解

  作为正极材料的含锂金属氧化物,虽然具有足够的稳定性,但是在长期的使用过程中,仍然会不断的分解,产生一些电化学惰性物质(如Co3O4,Mn2O3等)以及一些可燃性气体,破坏了电极间的容量平衡,造成容量的不可逆损失。

  这种情况在过充电情况下尤为明显,有时甚至会发生剧烈的分解和气体释放,不但影响电池容量,还会造成严重的安全风险。

  除了严格限定电池的充电截止电压之外,提高正极材料的化学稳定性和热稳定性,也是降低循环寿命下降速度的可行方法。

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