鋰電池容量偏低是什么原因?

來源：存能電氣  日期：2019-01-29 14:27  瀏覽量：次

　　鋰電池容量偏低是什么原因?電池容量是衡量鋰電池性能的重要性能指標(biāo)之一，容量縮減跟鋰電池的原理有很大一部分的原因，鋰電池組容量降低，除去電芯本身的老化、衰退之外，還有一個(gè)更普遍、更重要的因素，就是自放電率不同，導(dǎo)致的串聯(lián)電芯電量不平衡，最終導(dǎo)致鋰電池容量降低不耐用。

　　鋰電池容量偏低是什么原因?

　　1、正極材料的結(jié)構(gòu)變化

　　正極材料是鋰離子電池的主要來源，當(dāng)鋰離子從正極中脫出時(shí)候，為了維持材料電中性狀態(tài)，金屬元素必然會(huì)被氧化到達(dá)一個(gè)高的氧化態(tài)，這里就伴隨了組分的轉(zhuǎn)變。組分的轉(zhuǎn)變?nèi)菀讓?dǎo)致相轉(zhuǎn)移和體相結(jié)構(gòu)的變化。電極材料相轉(zhuǎn)變可以引起晶格參數(shù)的變化及晶格失配，由此產(chǎn)生的誘導(dǎo)應(yīng)力引起晶粒的破碎，并引發(fā)裂紋的傳播，造成材料的結(jié)構(gòu)發(fā)生機(jī)械破壞，從而引起鋰電池電化學(xué)性能衰減。

　　2、負(fù)極材料結(jié)構(gòu)

　　商業(yè)化鋰電池常用的負(fù)極材料有碳材料、鈦酸鋰等，本文以典型負(fù)極石墨進(jìn)行分析。鋰電池容量的衰減第一次發(fā)生于化成階段，在這個(gè)階段會(huì)在負(fù)極表面形成SEI，消耗部分鋰離子。

　　隨著鋰電池使用，石墨結(jié)構(gòu)的變化也會(huì)造成電池容量下降。研究發(fā)現(xiàn)循環(huán)后的碳材料雖然保持了石墨的形貌結(jié)構(gòu)，但是其(002)晶面的半高寬變大，導(dǎo)致c軸方向的晶粒尺寸變小，晶體結(jié)構(gòu)的改變導(dǎo)致碳材料出現(xiàn)裂紋，進(jìn)而破壞負(fù)極表面的SEI膜并促進(jìn)SEI膜的修復(fù)，SEI膜的過度生長消耗活性鋰，因此造成了鋰電池的不可逆容量衰減。

　　3、電解液的氧化分解

　　電解液的性質(zhì)顯著影響鋰電池的比容量、壽命、倍率充放電性能、工作溫度范圍以及安全性能等。電解液主要包括溶劑、電解質(zhì)和添加劑三個(gè)部分。溶劑的分解、電解質(zhì)的分解都會(huì)導(dǎo)致電池容量的損失。電解液的分解和副反應(yīng)是鋰電池容量衰減的主要因素，無論采用何種正負(fù)極材料、何種工藝，隨著鋰電池循環(huán)使用，電解液的分解及與正負(fù)極材料間發(fā)生的界面反應(yīng)都會(huì)造成容量的衰減。

　　4、快速充放電

　　快速充電時(shí)，電流密度過大，負(fù)極嚴(yán)重極化，鋰電池的沉積會(huì)更明顯，使在銅箔與碳類活性物質(zhì)邊界處的銅箔脆化，極易產(chǎn)生裂縫。電芯自發(fā)卷繞受到固定空間的限制，銅箔無法自由伸展產(chǎn)生壓力，在壓力的作用下，原有的裂縫擴(kuò)散生長，因擴(kuò)展空間不夠，銅箔發(fā)生斷裂。

　　5、長期深度充放電

　　放電要轉(zhuǎn)入從內(nèi)部結(jié)構(gòu)來說，一是會(huì)造成電解液過度揮發(fā)，二是鋰電池的負(fù)極過度反應(yīng)使其介質(zhì)膜發(fā)生變化造成脫嵌能力下降，形成容量的永久性損失;

　　充電主要從電壓穩(wěn)定性和到深夜電網(wǎng)電壓升高，本已經(jīng)停止充電的充電器，電壓升高后，又會(huì)繼續(xù)充電，造成電池過充電導(dǎo)致正極材料結(jié)構(gòu)變化容量損失，分解放氧與電解液劇烈氧化反應(yīng)進(jìn)而燃燒爆炸;電解液有機(jī)溶劑/電解質(zhì)鋰鹽分解;負(fù)極析鋰過放可能導(dǎo)致負(fù)極銅集電極溶解，正極形成銅枝晶。

　　6、溫度因素

　　溫度絕對(duì)是影響鋰電池壽命的關(guān)鍵因素之一，過高的溫度或過低的溫度都會(huì)造成活性鋰離子含量的降低，從而減少鋰電池壽命。

　　電池容量下降的原因：

　　1.電芯老化、衰退。

　　2.自放電率不同，導(dǎo)致的串聯(lián)電芯電量不平衡，最終導(dǎo)致鋰電池容量降低不耐用。

　　3.在電池使用及充放電過程中，會(huì)出現(xiàn)“硫化”現(xiàn)象影響電池容量。

　　鋰電池電量不平衡，如何恢復(fù)正常?

　　1、首先針對(duì)整個(gè)鋰電池組進(jìn)行充電，轉(zhuǎn)燈后浮充2到3小時(shí)。如果電池組長期虧電放置，已經(jīng)無法充入電量，可以直接跨過保護(hù)板充電10分鐘(使用放電口充電)，再正常充電即可。

　　2、拔下保護(hù)板的排線，拔掉之前，請(qǐng)做好記號(hào)，2根排線的板子，排線不可插反。測(cè)量排線上相鄰針腳的電壓，如果是48V的，有16個(gè)電壓，60V則是20個(gè)電壓。負(fù)極開始的第一串電壓是從電池組負(fù)極到第一根排線之間的電壓，其他以此類推。找出電壓低于3.50V的單串，判斷正負(fù)極，并做好標(biāo)記。

　　3、使用3.6v的充電器，將電壓低于3.50v的單串充電至3.60到3.70V。但需要有人值守，嚴(yán)防過充電導(dǎo)致鋰電池報(bào)廢。

　　4、按照原來的順序插回排線，注意不可反接，裝好電池，即可投入使用。

　　鋰電池的容量隨著不斷使用，其容量會(huì)自然衰減的，表現(xiàn)在電壓降低，容量不足，這是與鋰電池的材料特性有關(guān)，簡單理解就是鋰離子的活性隨著使用會(huì)不斷降低，直至最終容量全部衰減完了。

　　為了延長鋰電池的壽命，一般建議采取淺充淺放的方式使用鋰電池，不要過度使用鋰電池，或到快沒電時(shí)才去充電，對(duì)鋰電池壽命都是不利的。

　　影響鋰電池容量下降衰減的本質(zhì)是可脫嵌鋰離子含量的降低，其因素主要是正負(fù)極材料的結(jié)構(gòu)破壞或失活、電解液的分解、鋰電池的濫用等等。平常一定要正確使用鋰電池，才能延長鋰電池的壽命。