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锂电池百科

影响锂离子电池使用寿命的因素

作者: 深圳市冠力达电子有限公司发表时间:2018-08-15 17:06:25浏览量:616

锂离子电池充放电循环过程是一个复杂的物理化学反应过程,其循环寿命影响因素是多方面的。一方面与电池本身的特性相关,例如设计、制造工艺和材料性能退化等;另一方面与使用过程中电池受外界的影响有关,例如使...
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      锂离子电池充放电循环过程是一个复杂的物理化学反应过程,其循环寿命影响因素是多方面的。一方面与电池本身的特性相关,例如设计、制造工艺和材料性能退化等;另一方面与使用过程中电池受外界的影响有关,例如使用环境和充放电制度等。下面就对影响锂离子电池循环寿命的因素进行分析。


   随着科技的发展和技术的成熟,离子电池的应用越来越广泛。相同条件下电池容量衰减的越快,电池品质就相对较差。锂离子电池具有单体电压高、相对质量轻、对环境友好等优点,但是经过多个周期充放电循环后会出现电池容量等性能下降的现象。锂离子电池的循环性能是衡量其质量的重要指标,许多关于锂离子电池的标准都有循环寿命这一项目。


锂离子电池结构及原理简介

   锂离子电池首次充放电过程中,负极和电解液的相界面上能够形成一层钝化膜。它在电极与电解液之间起到隔膜作用,是电子绝缘体却是锂离子的优良导体,锂离子可以经过该钝化层自由地嵌入和脱出,具有固体电解质的特性,因此这层钝化膜被称为“固体电解质界面膜”(solid electrolyte interface),简称SEI 。锂离子电池主要由正负极材料、电解液、隔膜、集流体和电池外壳组成,正负极材料由两种不同的锂离子嵌入化合物组成。充电时,锂离子从正极上脱嵌下来通过电解液经隔膜嵌入负极,放电时则相反。


电池材料老化衰退的影响

   锂离子电池充放电循环的过程即为锂离子通过电解液在正负极材料之间来回脱嵌、移动的过程。在锂离子电池循环过程中,除在正负极发生氧化还原反应外,还存在大量副反应。如果能将锂离子电池的副反应降至低水平,使锂离子通过电解液始终能顺畅地往返于正负极材料之间,就能使锂离子电池的循环寿命得以增加。锂离子电池过充时,从正极上脱出的过量的锂离子会沉积或嵌入到负极上,沉积的活性锂易与溶剂反应,放出热量使电池温度升高。正极受热分解放出氧气使电解液易分解并产生大量的热[25]。当锂电池的放电电压低于放电截止电压时,就形成了过放电。在过放电的过程中,锂离子从负极上会过度脱出,下次充电时再嵌入会比较困难。余钟宝等[26]对以MCMB 为负极、LiCoO2为正极的电池过放电到0 V 时,铜箔集流体遭到比较严重腐蚀,负极SEI 膜遭破坏,再次形成的SEI 膜性能较差,使负极阻抗增大、极化增强。电池在过放电以后的循环过程中放电容量、充放电效率大为降低。



设计和制造工艺的影响

   在电池设计过程中,材料的选择是最重要的因素。不同的材料性能特性不同,所研发的电池性能也有差距。正负极材料匹配的循环性能好,电池的循环寿命才会长。电解液在电池可逆容量的影响上也是十分重要的因素。电极材料脱、嵌锂离子的过程始终是与电解液相互作用的过程,这种相互作用对电极材料的界面状况和内部结构的变化有重要影响[3]。在与正负极材料相互作用的过程中电解液会损耗,另外在电池化成形成SEI 膜和预充电时,也会消耗部分电解液,因此电解液的种类和注液量也影响着电池寿命。


   在配料方面,要注意正、负材料的添加量。一般来说,设计装配过程中一般要求负极容量相对正极过量一些,如果不过量,在充电过程中负极会析出锂,形成锂枝晶从而影响安全性。负极相对正极过量太多,正极可能过度脱锂,造成结构坍塌。锂离子电池的制造工艺流程主要包括:正负极配料、涂布、制片、卷绕、入壳、注液、封口、化成等。在电池生产过程中,对每一步的流程都要求非常严格。任何一个流程没有控制好都有可能影响电池循环性能。

 
    在正负极配料过程中,应注意粘结剂的添加量、搅拌速度、浆料的浓度、温湿度,并保证物料能够分散均匀。

循环过程中充放电制度的影响

   锂离子电池的使用过程即充放电循环的过程,充放电电流的大小、充放电截止电压的选择及采用何种充放电方式等充放电制度对锂离子电池的循环寿命也有很重要的影响。凡盲目增大电池的工作电流、增加充电截止电压、降低放电截止电压等都会使电池性能下降。


   通过分析可知,无论在设计制造还是使用过程中,影响锂离子电池循环寿命的因素是多方面的。锂离子电池的应用越来越广泛,对锂电池的需求在数量和质量上都提出更高的要求。循环寿命直接影响锂离子电池的使用时间和品质,因此生产者对其影响因素的研究是十分必要的。只有在研发和生产过程中将影响循环寿命的各个因素都把握好,企业才能在激烈的市场竞争中占据主动地位。消费者在使用过程中应注意锂离子电池的特性,根据说明书的提示正确使用电池。





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