關(guān)于鋰離子電池的循環(huán)壽命和安全性

　　第一篇《詳解鋰離子電池讓世界轉(zhuǎn)動(dòng)的能量載體》

　　第二篇《鋰離子電池的八大參數(shù)指標(biāo)及正負(fù)極材料分析》

　　第三篇《簡(jiǎn)析鋰離子電池的兩大性能指標(biāo)能量密度與充放電倍率》

　　前面講了兩個(gè)跟能量相關(guān)的指標(biāo)，會(huì)影響電池短時(shí)間的使用體驗(yàn)，接下來要講兩個(gè)跟鋰離子電池長(zhǎng)期穩(wěn)定可靠使用相關(guān)的指標(biāo)循環(huán)壽命和安全性。

　　七、 鋰離子電池的循環(huán)壽命

　　電池用著用著，感覺不耐用，容量沒有以前多了，這些都是循環(huán)壽命不斷衰減的體現(xiàn)。

　　循環(huán)壽命的衰減，其實(shí)也就是電池當(dāng)前的實(shí)際可用容量，相對(duì)于其出廠時(shí)的額定容量，不斷下降的一種變化趨勢(shì)。

　　對(duì)于理想的鋰離子電池，在其循環(huán)周期內(nèi)容量平衡不會(huì)發(fā)生改變，每次循環(huán)中的初始容量都應(yīng)該是一定值，然而實(shí)際上情況卻復(fù)雜得多。任何能夠產(chǎn)生或消耗鋰離子的副反應(yīng)都可能導(dǎo)致電池容量平衡的改變，一旦電池的容量平衡狀態(tài)發(fā)生改變，這種改變就是不可逆的，并且可以通過多次循環(huán)進(jìn)行累積，對(duì)電池循環(huán)性能產(chǎn)生嚴(yán)重影響。

　　影響鋰離子電池循環(huán)壽命的因素有很多，但其內(nèi)在的根本原因，還是參與能量轉(zhuǎn)移的鋰離子數(shù)量在不斷減少。需要注意的是，電池當(dāng)中的鋰元素總量并未減少，而是“活化”的鋰離子少了，它們被禁錮在了其他地方或活動(dòng)的通道被堵塞了，不能自由的參與循環(huán)充放電的過程。

　　那么，我們只要搞清楚這些本該參與氧化還原反應(yīng)的鋰離子，都跑哪兒去了，就能夠搞清楚容量下降的機(jī)理，也就可以針對(duì)性的采取措施，延緩鋰電池的容量下降趨勢(shì)，提升鋰電池的循環(huán)壽命。

　　1. 金屬鋰的沉積

　　通過前面的分析，我們知道鋰離子電池當(dāng)中是不應(yīng)該存在鋰的金屬形態(tài)，鋰元素要么是以金屬氧化物、碳鋰化合物的形態(tài)存在，要么是以離子的形態(tài)存在。

　　金屬鋰的沉積，一般發(fā)生在負(fù)極表面。由于一定的原因，鋰離子在遷移到負(fù)極表面時(shí)，部分鋰離子沒有進(jìn)入負(fù)極活性物質(zhì)形成穩(wěn)定的化合物，而是獲得電子后沉積在負(fù)極表面成為金屬鋰，并且不再參與后續(xù)的循環(huán)過程，導(dǎo)致容量下降。

　　這種情況，一般有幾種原因造成充電超過截止電壓；大倍率充電；負(fù)極材料不足。過充電或負(fù)極材料不足的時(shí)候，負(fù)極不能容納從正極遷移過來的鋰離子，導(dǎo)致金屬鋰的沉積發(fā)生。大倍率充電時(shí)，由于鋰離子短時(shí)間內(nèi)到達(dá)負(fù)極的數(shù)量過多，造成堵塞和沉積。

　　金屬鋰的沉積，不但會(huì)造成循環(huán)壽命的下降，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)導(dǎo)致正負(fù)極短路，造成嚴(yán)重的安全問題。

　　要解決這個(gè)問題，就需要合理的正負(fù)極材料配比，同時(shí)嚴(yán)格限定鋰電池的使用條件，避免超過使用極限的情況。當(dāng)然，從倍率性能著手，也可以局部改善循環(huán)壽命。

　　2. 正極材料的分解

　　作為正極材料的含鋰金屬氧化物，雖然具有足夠的穩(wěn)定性，但是在長(zhǎng)期的使用過程中，仍然會(huì)不斷的分解，產(chǎn)生一些電化學(xué)惰性物質(zhì)(如Co3O4，Mn2O3等)以及一些可燃性氣體，破壞了電極間的容量平衡，造成容量的不可逆損失。

　　這種情況在過充電情況下尤為明顯，有時(shí)甚至?xí)l(fā)生劇烈的分解和氣體釋放，不但影響電池容量，還會(huì)造成嚴(yán)重的安全風(fēng)險(xiǎn)。

　　除了嚴(yán)格限定電池的充電截止電壓之外，提高正極材料的化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性，也是降低循環(huán)壽命下降速度的可行方法。

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