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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。
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