鋰離子電池容量損失原因

黎彩蓮

摘 要：基于對鋰離子電池容量損失原因進行分析，通過過充電、電解液分解、自放電以及電極不穩定性這幾個主要造成鋰離子電池容量出現損失的原因進行分析，進而使得鋰離子電池的使用壽命得到提升，并且為我國的各個行業更好的服務。

關鍵詞：鋰離子電池;容量損失;原因

引言

在我國的很多領域內都有廣泛的應用鋰離子電池，而其容量的損失變化情況對于人們的日常生活來說有著重要的影響，造成其容量損失變化的原因有很多。當鋰離子從正負極上面出現脫嵌情況的時候就會引起氧化還原的反應，這樣的情況就會使得鋰離子出現消耗的情況，然后造成鋰離子電池的容量發生損失的情況，同時還會有多次循環損失的疊加，進而對鋰離子電池的綜合性能造成十分不利的影響，甚至還可能會產生安全事故。本文就鋰離子電池容量損失的原因展開相應的分析。

1 過充電

1.1負極過充反應

對于鋰離子電池來說，可以在負極使用的活性材料種類比較多，主要以鈦酸鋰負極材料、碳系負極材料以及錫基、硅基負極材料為主[1]。并且不同的碳材料所具備的電化學性能也是不同的，其中具備導電性能比較高的碳材料就是石墨，其具備結晶度高以及層狀結構好等優勢，在鋰的脫出和嵌入中比較適合。對于石墨材料來說，還具有著存量多和價格實惠的優點，得到了比較廣泛的應用。當鋰離子電池首次充放電的時候，溶劑分子就會在石墨的表面產生分解反應，在這個過程中會形成一種名叫SEI的鈍化膜，進而造成鋰離子電池的容量損失。除此以外，因石墨材料的不同，影響鋰離子電池容量損失情況的機理也會不同。例如，天然石墨具有較高的比表面積，當產生自放電情況的時候就會使得鋰電池的容量出現損失，并且在電池負極運用天然石墨材料時要比人造石墨的電化學反應阻抗高。同時，在循環的過程當中負極層狀結構分離、極板制作過程中的電劑分散情況以及儲存過程當中的電化學反應的阻抗增加等原因也都是使得鋰離子電池的容量出現損失的重要原因。

1.2正極過充反應

在正極材料占比比較低的情況下就會產生正極過充電，并且使得電極之間的容量出現失衡，進而造成鋰離子電池的容量產生不可逆轉的損失。同時，電解液及正極材料分解出來的可燃氣體和氧氣的不斷積累時，就會使得鋰離子電池在使用的過程中可能會存在安全隱患。

1.3在高電壓作用下電解液產生反應

當鋰離子電池的充電電壓過高的時候，那么就會使得電解液產生氧化的反應，并且會產生一些副產物，這些副產物會堵塞電極微孔，使得鋰離子的遷移受到阻礙，進而出現循環容量損失的情況 [2]。電解液的穩定性和電解質的濃度之間呈現出反比變化趨勢，當電解質的濃度越高時，電解液的穩定性能就會越低，從而影響到鋰離子電池的容量。

2 電解液分解

對于電解液來說，主要包含添加劑、電解質以及溶劑，電解質的性質會影響到電池的安全性能、使用壽命、倍率充放電性能以及比容量。在電解液當中，溶劑和電解質的分解都會造成鋰離子電池容量的損失。溶劑等物質在鋰離子電池第一次充放電的時候會在負極的表面形成SEI膜，這種膜的形成會對鋰離子電池造成不可逆轉的容量損失。電解液當中如果存在氟化氫或者是水等雜質的時候，就很有可能會使得電解質在較高溫度的情況下出現分解，然后正極的材料會和產生的物質之間發生反應，進而影響到電池的容量。與此同時，溶劑還會與產生的部分物質之間形成反應，影響到負極表面SEI膜的穩定性，進而使得鋰離子的電池的容量出現損失，并且使其性能衰減[3]。另外，電解液分解出來的物質如果與電解液不相容的話，那么在遷移的過程中就使得正極的孔隙出現阻塞，進而造成電池容量的損失。總體來說，電池正負極和電解液之間出現的副反應以及出現的副產物都是使得鋰離子電池容量出現損失的主要原因。

3 自放電

當鋰離子電池在閑置的情況下出現了容量損失的現象，那么這一現象就被稱之為自放電。對于鋰離子電池的自放電來說，主要分成不可逆容量損失和可逆容量損失兩種。溶劑氧化的速度會直接影響到自放電的速度，并且在充電的過程中正負極活性材料可能會與溶質之間產生反應，進而使得鋰離子在完成遷移后出現容量失衡還有不可逆轉的損失。也可以看出來，活性材料的表面積減少可以使得容量損失的速率降低，同時溶劑的分解也會對電池的儲存壽命造成影響。除此以外還有一種造成容量損失的原因就是隔膜的孔徑，因為這種原因而造成的容量損失的可能性是比較低的。另外，在鋰離子電池中還會存在自放電的情況，這種情況會造成金屬鋰的沉積，進而使得鋰離子電池的正負極容量出現損失的情況。

4 電極不穩定性

4.1正極材料的溶解

以尖晶石LiMn204鋰離子電池為例，Mn的溶解可以使其發生不可逆的容量損失，這也是鋰離子電池容量損失的主要原因。Mn的溶解和沉積會減少正極活性物，并且當其游離到負極的時候就會使得負極SEI膜出現不穩定，而被破壞掉的SEI膜再次形成的時候就會使得鋰。

4.2正極材料的炭黑含量

對于炭黑來說，其屬于一種非活性物質，對于充放電反應并不參與。如果正極材料當中的炭黑含量太高的話，那么就會對正極材料的容量還有強度造成影響，在添加的過程中一定要注意添加的含量。除此以外，在炭黑的表面傳輸載體會產生具有催化性的物質，這些物質可以使得金屬離子分解的速率得到提升，并且還可以使得活性物質的溶解加快。

5 結束語

總體來說，鋰離子電池是一種污染低并具有良好性能的綠色電池，在我國的各個領域當中都得到了比較廣泛的應用，但是鋰離子電池的使用年限會因受到過充電、電解質分解、自發電還有電極不穩定等原因的影響而使得電池的容量損失過快。為了使得鋰離子電池使用的年限可以提高，并且為我國各個行業的應用更好的服務，就一定要對鋰離子電池容量的損失變化情況以及形成的原因重視并深入的進行分析，這樣才可以有效的推動我國鋰離子電池的可持續發展。

參考文獻：

[1] 黃可龍， 呂正中， 劉素琴. 鋰離子電池容量損失原因分析[J]. 電池， 2001， 31（003）：142-145.

[2] 王昆， ?黎永志， ?羅林. 鋰離子電池容量衰減變化及原因分析[J]. 中小企業管理與科技， 2019， 000（023）：146-148.

[3] 王翠玲. 鋰離子電池容量衰減變化及原因分析[J]. 中國高新技術企業， 2015， 000（005）：85-86.

[4] 平平. 鋰離子電池熱失控與火災危險性分析及高安全性電池體系研究[D]. 中國科學技術大學， 2014.

[5] 徐慶慶， 郝虹陽， 朱云城. 一種鋰離子電池正負極材料循環容量衰減分析方法：， CN110568367A[P]. 2019.

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