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影響鋰電池循環性能的因素及工作原理

來源:http://www.nuantailong.com/news/230.html    發布時間 : 2018-05-24
影響鋰電池循環性能的因素及工作原理
鋰是一種金屬元素,其化學符號為Li(其英文名為lithium),是一種銀白色、十分柔軟、化學性能活潑的金屬,在金屬中是最輕的。它除了應用於原子能工業外,可製造特種合金、特種玻璃(電視機上用的熒光屏玻璃)及鋰電池。在鋰電池中它用作電池的陽極。
鋰電池也分成兩大類:不可充電的及可充電的兩類。不可充電的電池稱為一次性電池,它隻能將化學能一次性地轉化為電能,不能將電能還原回化學能(或者還原性能極差)。而可充電的電池稱為二次性電池(也稱為蓄電池)。它能將電能轉變成化學能儲存起來,在使用時,再將化學能轉換成電能,它是可逆的,如電能化學能鋰電池的主要特點。
鋰離子電池的正極材料通常有鋰的活性化合物組成,負極則是特殊分子結構的碳.常見的正極材料主要成分為 LiCoO2 ,充電時,加在電池兩極的電勢迫使正極的化合物釋出鋰離子,嵌入負極分子排列呈片層結構的碳中。放電時,鋰離子則從片層結構的碳中析出,重新和正極的化合物結合.鋰離子的移動產生了電流。
化學反應原理雖然很簡單,然而在實際的工業生產中,需要考慮的實際問題要多得多:正極的材料需要添加劑來保持多次充放的活性,負極的材料需要在分子結構級去設計以容納更多的鋰離子;填充在正負極之間的電解液,除了保持穩定,還需要具有良好導電性,減小電池內阻。
影響鋰離子電池循環性能的因素,是每一個與鋰電行業相關的人員都不得不考慮的問題:
1、測試的客觀條件
測試過程中的充放電倍率、截止電壓、充電截止電流、測試中的過充過放、測試房溫度、測試過程中的突然中斷、測試點與電芯的接觸內阻等外界因素,都會或多或少影響循環性能測試結果,另外,不同的材料對上述客觀因素的敏感程度各不相同,統一測試標準並且了解共性及重要材料的特性應該就足夠日常工作使用了。
2、負極過量
負極過量的原因除了需要考慮首次不可逆容量的影響和塗布膜密度偏差之外,對循環性能的影響也是一個考量,對於鈷酸鋰加石墨體係而言,負極石墨成為循環過程中的"短板"一方較為常見,若負極過量不充足,電芯可能在循環前並不析鋰,但是循環幾百次後正極結構變化甚微但是負極結構被破壞嚴重而無法完全接收正極提供的鋰離子從而析鋰,造成容量過早下降。
3、塗布膜密度
單一變量的考慮膜密度對循環的影響幾乎是一個不可能的任務,膜密度不一致要麽帶來容量的差異、要麽是電芯卷繞或疊片層數的差異,對同型號同容量同材料的電芯而言,降低膜密度相當於增加一層或多層卷繞或疊片層數,對應增加的隔膜可以吸收更多的電解液以保證循環,考慮到更薄的膜密度可以增加電芯的倍率性能、極片及裸電芯的烘烤除水也會容易些,當然太薄的膜密度塗布時的誤差可能更難控製,活性物質中的大顆粒也可能會對塗布、滾壓造成負麵影響,更多的層數意味著更多的箔材和隔膜,進而意味著更高的成本和更低的能量密度,所以,評估時也需要均衡考量。
4、材料種類

材料的選擇是影響鋰離子電池性能的第一要素,選擇了循環性能較差的材料,工藝再合理、製成再完善,電芯的循環也必然無法保證;選擇了較好的材料,即使後續製成有些許問題,循環性能也可能不會差的過於離譜,從材料角度來看,一個全電池的循環性能,是由正極與電解液匹配後的循環性能、負極與電解液匹配後的循環性能這兩者中,較差的一者來決定的,材料的循環性能較差,一方麵可能是在循環過程中晶體結構變化過快從而無法繼續完成嵌鋰脫鋰,一方麵可能是由於活性物質與對應電解液無法生成致密均勻的SEI膜造成活性物質與電解液過早發生副反應而使電解液過快消耗進而影響循環。在電芯設計時,若一極確認選用循環性能較差的材料,則另一極無需選擇循環性能較好的材料,浪費。


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