鋰電池衰減定義為性能衰減和安全性衰減兩類。同時為了便于理解還提出一個類比模型,若電池像是一個城市,那么電池正極狀態(tài)反應的是城市有的工作崗位,電池負極代表城市里的住宅公寓,Li+則是城市中的就業(yè)人員。那么我們可以初步通過這個類比模型來理解電池衰減的可能原因。
鋰電池新能源廠家:性能衰減:技術(shù)以及工藝要求高
1.容量衰減:相當于城市的生產(chǎn)總值下降了,可能是就業(yè)崗位減少,居住成本太高或居住環(huán)境劣化,以及就業(yè)人口流失。對應的也就是正負極活性材料減少和可移動的Li+減少。
2.內(nèi)阻增加:相當于城市的工作效率低下,可能是政府行政阻力大,或是交通系統(tǒng)癱瘓導致員工上下班成本高,以及城市規(guī)劃不合理居住地和工作地越來越遠。也就是電池歐姆阻抗增大,導電性能下降,Li+運動路徑劣化。
3.自放電大:相當于城市失業(yè)人口比例上升,占用了城市的資源卻沒有創(chuàng)造效益。也就是Li+異常損耗,電池內(nèi)部微短路。
安全性衰減:要求好的質(zhì)量
1.內(nèi)短路風險增大:隔膜受損破裂或受熱收縮。
2.機械形變和漏液:電池內(nèi)部產(chǎn)氣壓力導致電池變形破損。
通過上面的描述我們大致可以想象出導致電池衰減的原因,那么又是哪些具體的應用場景導致了上述的情況發(fā)生呢?本篇主要來梳理一下電池的具體衰減場景和影響因素。
1.正負極材料脫落和老化
電池在不斷的充放電過程中正負極會不斷進行收縮和膨脹變化,不可避免的會產(chǎn)生正負極材料在集流體上的脫落,使得可嵌入Li+的晶格數(shù)量下降,從而影響了電池容量。下圖是磷酸鐵鋰正極材料產(chǎn)生反應的拓撲變化,在充放電過程中正極材料發(fā)生LiFePo4和FePo4的轉(zhuǎn)化,由于整體的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性比較好,不容易發(fā)生晶格塌陷的情況。但有些正極材料(如LCO)結(jié)構(gòu)容易被破壞,導致正極材料的活性物質(zhì)損失。
2.SEI膜分解與再生成質(zhì)量要求
在電池原理的介紹中提到電解液在化成過程中會和負極發(fā)生界面反應,消耗一部分Li+形成SEI膜;這個SEI膜能起到保護電極的作用,理論上如果SEI膜足夠穩(wěn)定就能夠防止電解液與負極材料繼續(xù)發(fā)生反應。但在實際中SEI膜或多或少會不斷的分解和再生成,在這個過程中就會造成正負極材料、電解液、以及Li+的持續(xù)損失(這也是導致電池自放電的部分原因)。并且SEI膜的不斷增厚會造成負極表面擴散孔道的堵塞,不利于Li+的擴散,這也就導致了電池內(nèi)阻的不斷增大。
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