鋰離子電池容量衰減原因分析.pdf

1、鋰離子電池由于其工作電壓高、容量高、無記憶效應而被認為最可能成為動力汽車的電源。但是受到電池使用壽命的限制，目前電池還尚未達到動力汽車電源的水平。本文主要從正極材料的溶解，體系中可循環(huán)鋰離子的消耗，電池內阻的變化這三方面討論了電池容量衰減的原因。
　　LiMn2O4活性材料的溶解被認為是LiMn2O4電池容量衰減的重要原因之一。本文研究了商業(yè)化LiMn2O4材料分別在不同溫度，不同時間，不同溶劑，不同鋰鹽，不同DOD（Depth

2、of discharge）狀態(tài)這五種條件下錳溶解的規(guī)律，以及錳溶解對電池性能的影響。研究發(fā)現(xiàn)隨著溫度的升高，時間的增長，DOD的增加，極片在電解液中溶解量增加。在初始階段極片在電解液中溶解速率較大，而浸泡后期溶解變緩。從浸泡過后極片表面的FTIR圖中發(fā)現(xiàn)含氟化合物含量增加，并且出現(xiàn)了碳酸鹽的峰，說明浸泡過程中在電極表面沉積了一層氟化物和碳酸鹽，將電極與電解液隔開。通過XRD發(fā)現(xiàn)浸泡過后的 LiMn2O4中陽離子混亂度增加，通過計算發(fā)現(xiàn)晶

3、胞參數(shù)減小，說明Mn-O鍵長變短，這些因素都會抑制材料的繼續(xù)溶解，所以時間越長，溶解增加的幅度變小。常用的這些鋰鹽中，在LiFP6中錳溶解量是最大的，這與LiPF6與痕量水反應生成酸性物質有關，而不同溶劑對溶解的影響很小。溶解會導致正極活性物質的減少和材料結構的變化，使得正極循環(huán)性能惡化，比容量降低。電解液中含有大量Mn時，對正極循環(huán)性能和倍率性能基本上沒有影響，主要導致了負極容量衰減和阻抗變大。
　　對商業(yè)化18650電池在不同

4、溫度下循環(huán)、不同充電狀態(tài)（state of charge, SOC）下靜置后容量衰減的原因分析時發(fā)現(xiàn)，電池在高溫下循環(huán)后，容量衰減的主要原因是體系中可循環(huán)鋰離子減少，容量衰減呈現(xiàn)線性衰減規(guī)律。用ICP測試循環(huán)后電池負極中鋰離子的含量，發(fā)現(xiàn)這部分鋰離子引起的容量損失與電池實際容量衰減較接近。而在低溫下循環(huán)至相同狀態(tài)，則是由于電池內阻增加和鋰離子消耗共同作用導致了容量的衰減。不同SOC狀態(tài)下靜置一段時間后，發(fā)現(xiàn)高SOC狀態(tài)電池容量衰減較多，