鋰離子電池容量衰減的原因

鋰離子電池是繼鎘鎳電池、氫鎳電池之后發展最快的二次電池.鋰離子電池的應用很大程度取決于其充放電循環的穩定性,和其它二次電池相同,鋰離子電池在循環過程中容量衰減是不可防止的。

1、正極材料的結構變化

正極材料是鋰離子電池的重要來源，當鋰離子電池從正極中脫出時候，為了維持材料電中性狀態，金屬元素必然會被氧化到達一個高的氧化態，這里就伴隨了組分的轉變。組分的轉變容易導致相轉移和體相結構的變化。電極材料相轉變可以引起晶格參數的變化及晶格失配，由此出現的誘導應力引起晶粒的破碎，并引發裂紋的傳播，造成材料的結構發生機械破壞，從而引起電化學性能衰減。

2、負極材料結構

鋰離子電池常用的負極材料有碳材料、鈦酸鋰等，本文以典型負極石墨進行分析。鋰離子電池容量的衰減第一次發生于化成階段，在這個階段會在負極表面形成SEI，消耗部分鋰離子。隨著鋰離子電池使用，石墨結構的變化也會造成電池容量下降。

雖然保持了石墨的形貌結構，但是其(002)晶面的半高寬變大，導致c軸方向的晶粒尺寸變小，晶體結構的改變導致碳材料出現裂紋，進而破壞負極表面的SEI膜并促進SEI膜的修復，SEI膜的過度生長消耗活性鋰，因此造成了鋰離子電池的不可逆容量衰減。

3、電解液的氧化分解與界面反應

電解液的性質顯著影響鋰離子電池的比容量、壽命、倍率充放電性能、工作溫度范圍以及安全性能等。電解液重要包括溶劑、電解質和添加劑三個部分。溶劑的分解、電解質的分解都會導致鋰離子電池容量的損失。電解液的分解和副反應是鋰離子電池容量衰減的重要因素，無論采用何種正負極材料、何種工藝，隨著鋰離子電池循環使用，電解液的分解及與正負極材料間發生的界面反應都會造成容量的衰減。

4、正極過充反應

當正極活性物相關于負極活性物比例過低時，容易發生正極過充電。鋰離子電池正極過充導致容量損失重要是由于電化學惰性物質(如Co3O4，Mn2O3等)的出現，破壞了電極間的容量平衡，其容量損失是不可逆的。

5、電極不穩定性

在充電時正極活性物質不穩定會與電解質反應造成容量降低。影響正極材料不穩定因素有正極材料結構缺陷、炭黑含量、充電電勢過高，其中正極材料結構缺陷是影響因素中的重中之重。

隨著鋰離子電池的可用區域縮小，可填充的能量降低，充電時間逐漸縮短。在大多數情況下，由于周期循環和老化的原因，鋰離子電池容量呈線性衰減。

6、存儲溫度

充放電循環并不是鋰離子電池容量衰減的唯一原因，高溫下存儲鋰離子電池也會導致容量衰減。一個充滿電的鋰離子電池在40℃(104F)保存一年而不使用的情況下會造成35%的容量損失。