锂电池容量衰退机理

2024-09-26

1、析锂产生的容量衰退影响分析

负极析锂是锂离子电池中重要的老化原因,指的是锂离子从电解液沉积到负极表面的过程。

它导致活性锂离子的损失,降低电池的可用容量和性能。控制和减少负极析锂对于提高电池的寿命和安全性至关重要。


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析锂导致不可逆的锂离子存量损失,降低了电池的可用容量。锂枝晶的生长是导致活性锂离子损失的主要原因,如图3所示,影响电池析锂的因素有很多。

一些研究者认为,锂离子在嵌入石墨负极时的速率过慢或传输至负极的速率过快都可能引发析锂现象。

此外,低温条件下工作时,锂离子的扩散速率变缓慢,而负极工作电位与析锂电位非常接近,因此更容易发生析锂。N/P值过小、局部电极极化以及几何不匹配等因素也可能导致析锂的发生。


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析锂与电池老化密切相关。在电池内部存在缺陷的情况下,电极析锂更容易发生。随着电池老化,析锂现象加速,成为电池容量下降的主要原因之一。析锂会导致负极孔隙率下降和电解质电位梯度增大,进而加速电池老化。同时,锂沉积导致活性锂离子损失,影响电池性能,如图4所示。


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2、SEI膜生长对容量衰退的影响

SEI膜是锂离子电池负极表面形成的一层钝化膜,具有离子导电性且阻止电子通过,将电解液与负极隔开。它的生成是电池在负极/电解质界面处的副反应,会导致不可逆容量损失,并影响电池的倍率、寿命和安全性。

SEI膜主要由无机物和有机物组成,对电池而言,其厚度可达100nm以上。SEI膜的生成与锂离子在充放电过程中与负极表面发生的反应有关。

不受控制的SEI膜生成会导致活性材料的损失,降低电池容量和增加阻抗。高温和高SOC条件下的SEI膜生成是电池老化的主要原因之一。

尽管SEI膜对电池性能有一定负面影响,但稳定的SEI膜可以改善电极材料界面特性,提高电池循环性能。优化化成技术和低温环境有助于形成致密的SEI膜,延缓电池老化过程,提高使用寿命。

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