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鋰電池常見失效的表現(xiàn)有什么?

鉅大LARGE  |  點擊量:1075次  |  2022年04月27日  

容量衰減失效


標(biāo)準(zhǔn)循環(huán)壽命測試時,循環(huán)次數(shù)達到500次時放電容量應(yīng)不低于初始容量的90%。或者循環(huán)次數(shù)達到1000次時放電容量不應(yīng)低于初始容量的80%,若在標(biāo)準(zhǔn)循環(huán)范圍內(nèi),容量出現(xiàn)急劇下降現(xiàn)象均屬于容量衰減失效。


電池容量衰減失效的根源在于材料的失效,同時與電池制造工藝、電池使用環(huán)境等客觀因素有緊密聯(lián)系。從材料角度看,造成失效的原因重要有正極材料的結(jié)構(gòu)失效、負極表面SEI過渡生長、電解液分解與變質(zhì)、集流體腐蝕、體系微量雜質(zhì)等。


正極材料的結(jié)構(gòu)失效:正極材料結(jié)構(gòu)失效包括正極材料顆粒破碎、不可逆相轉(zhuǎn)變、材料無序化等。LiMn2O4在充放電過程中會因Jahn-Teller效應(yīng)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)發(fā)生畸變,甚至?xí)l(fā)生顆粒破碎,造成顆粒之間的電接觸失效。LiMn1.5Ni0.5O4材料在充放電過程中會發(fā)生四方晶系-立方晶系相轉(zhuǎn)變,LiCoO2材料在充放電過程中由于Li的過渡脫出會導(dǎo)致Co進入Li層,造成層狀結(jié)構(gòu)混亂化,制約其容量發(fā)揮。


負極材料失效:石墨電極的失效重要發(fā)生在石墨表面,石墨表面與電解液反應(yīng),生產(chǎn)固態(tài)電解質(zhì)界面相(SEI),假如過度生長會導(dǎo)致電池內(nèi)部體系中鋰離子含量降低,結(jié)果就是導(dǎo)致容量衰減。硅類負極材料的失效重要在于其巨大的體積膨脹導(dǎo)致的循環(huán)性能問題。

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充電溫度:0~45℃
-放電溫度:-40~+55℃
-40℃最大放電倍率:1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%

電解液失效:LiPF6穩(wěn)定性差,容易分解使電解液中可遷移Li+含量降低。它還容易和電解液中的痕量水反應(yīng)生成HF,造成電池內(nèi)部被腐蝕。氣密性不好引起電解液變質(zhì),電解液黏度和色度都發(fā)生變化,最終導(dǎo)致傳輸離子性能急劇下降。


集流體的失效:集流體腐蝕、集流體附著力下降。上述電解液失效生成的HF會對集流體造成腐蝕,生成導(dǎo)電性差的化合物,導(dǎo)致歐姆接觸增大或活性物質(zhì)失效。充放電過程中Cu箔在低電位下被溶解后,沉積在正極表面,這就是所謂的析銅。集流體失效常見的形式是集流體與活性物之間的結(jié)合力不夠?qū)е禄钚晕镔|(zhì)剝離,不能為電池供應(yīng)容量。


內(nèi)阻增大


鋰離子電池內(nèi)阻增大會伴隨有能量密度下降、電壓和功率下降、電池產(chǎn)熱等失效問題。導(dǎo)致鋰離子電池內(nèi)阻增大的重要因素分為電池關(guān)鍵材料和電池使用環(huán)境。


電池關(guān)鍵材料:正極材料的微裂紋與破碎、負極材料的破壞與表面SEI過厚、電解液老化、活性物質(zhì)與集流體脫離、活性物質(zhì)與導(dǎo)電添加劑的接觸變差(包括導(dǎo)電添加劑的流失)、隔膜縮孔堵塞、電池極耳焊接異常等。

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