深度剖析锂离子电池衰减机理梳理(二)-北极星储能网

投稿

我要投稿

上一篇介绍了锂离子电池的工作机理并定义了电池衰减的类型，将衰减定义为性能衰减和安全性衰减两类。同时为了便于理解还提出一个类比模型，若电池像是一个城市，那么电池正极状态反应的是城市有的工作岗位，电池负极代表城市里的住宅公寓，Li+则是城市中的就业人员。那么我们可以初步通过这个类比模型来理解电池衰减的可能原因：

性能衰减：

1.容量衰减：相当于城市的生产总值下降了，可能是就业岗位减少，居住成本太高或居住环境劣化，以及就业人口流失。对应的也就是正负极活性材料减少和可移动的Li+减少。

2.内阻增加：相当于城市的工作效率低下，可能是政府行政阻力大，或是交通系统瘫痪导致员工上下班成本高，以及城市规划不合理居住地和工作地越来越远。也就是电池欧姆阻抗增大，导电性能下降，Li+运动路径劣化。

3.自放电大：相当于城市失业人口比例上升，占用了城市的资源却没有创造效益。也就是Li+异常损耗，电池内部微短路。

安全性衰减：

1.内短路风险增大：隔膜受损破裂或受热收缩。

2.机械形变和漏液：电池内部产气压力导致电池变形破损。

通过上面的描述我们大致可以想象出导致电池衰减的原因，那么又是哪些具体的应用场景导致了上述的情况发生呢?本篇主要来梳理一下电池的具体衰减场景和影响因素。

1. 正负极材料脱落和老化

电池在不断的充放电过程中正负极会不断进行收缩和膨胀变化，不可避免的会产生正负极材料在集流体上的脱落，使得可嵌入Li+的晶格数量下降，从而影响了电池容量。下图是磷酸铁锂正极材料产生反应的拓扑变化，在充放电过程中正极材料发生LiFePo4和FePo4的转化，由于整体的结构稳定性比较好，不容易发生晶格塌陷的情况。但有些正极材料(如LCO)结构容易被破坏，导致正极材料的活性物质损失。

2. SEI膜分解与再生成

在电池原理的介绍中提到电解液在化成过程中会和负极发生界面反应，消耗一部分Li+形成SEI膜;这个SEI膜能起到保护电极的作用，理论上如果SEI膜足够稳定就能够防止电解液与负极材料继续发生反应。但在实际中SEI膜或多或少会不断的分解和再生成，在这个过程中就会造成正负极材料、电解液、以及Li+的持续损失(这也是导致电池自放电的部分原因)。并且SEI膜的不断增厚会造成负极表面扩散孔道的堵塞，不利于Li+的扩散，这也就导致了电池内阻的不断增大。

3. 产生析锂(过流、低温)

当电池超过可承受的倍率电流运行的时候，大量的Li+来不及嵌入电极，导致在电极表面大量的Li+堆积，最终在电极表面形成了金属锂枝晶。这种情况尤其容易出现在低温充电过程中，一方面在低温环境下离子移动嵌入速度本身就会大幅下降，另一方面Li+从正极脱出的速度比在负极嵌入的速度更快，因此在低温环境控制充电电流尤为重要。除此之外电解液不均匀，水含量超标等原因等可能导致析锂问题。

4. 隔膜损伤(高温)

首先电池电极表面一旦存在金属锂枝晶，则就有可能刺穿隔膜，引发正负极的短路。除此之外隔膜在高温环境下会分解和收缩，这种情况下也会引起短路。而一旦正负极短路，那么电子就无需通过外部电路即可到达正极，那么电池的整个电化学反应就失控了，产生过流、过温的现象从而进一步损伤电池，并引起热失控等更严重的问题。

5. 电解液的损耗和分解(过压、欠压)

前面提到SEI膜的生成过程就会损失一部分的电解液，同时电池电解液的配方是根据该电池的电压工作区间确定，因此不合理的使用电池(过压欠压)也会造成电解液的分解。例如当电池过充时，即正极材料化合价升高(过多失去电子)，此时正极材料还原性很强，就容易通过与电解液发生反应来得到电子，反应不仅消耗了电解液和正极材料，同时还会生成气体引发机械形变和漏液的隐患。

6. 集流体氧化

集流体长期和电解液接触过程中会被氧化，正集流体表面形成的氧化铝，负集流体表面形成氧化铜;随着氧化程度的加剧，电子导通性能就收到影响，相当于电池的欧姆阻抗随着充放电循环会不断的增大。

通过上面的分析我简单画了一张电池的寿命影响因素图：

确保电池长寿命安全稳定的工作的前提在于始终保持电化学反应的可控和有序。而一旦超过了合理的使用条件，发生过压、欠压、过温、过流、机械损伤等情况时，电池的衰减将显著加剧，并且引发更为严重的安全问题。

天津电力电动汽车充换电量破1亿千瓦时

锂离子电池查看更多>负极材料查看更多>电解液查看更多>

姓名：
性别：
出生日期：
邮箱：
所在地区：
行业类别：
工作经验：
学历：
公司名称：
任职岗位：

深度剖析锂离子电池衰减机理梳理(二)

天津电力电动汽车充换电量破1亿千瓦时

登录注册

绑定账号

想要获取更精准资讯推荐？建议您完善以下信息~

订阅成功

想要获取更精准资讯推荐？建议您
完善以下信息~