為何鋰離子電池的容量會衰減?

1、正極材料的結(jié)構(gòu)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(tài)，金屬元素必然會被氧化到達一個高的氧化態(tài)，這里就伴隨了組分的轉(zhuǎn)變。組分的轉(zhuǎn)變?nèi)菀讓е孪噢D(zhuǎn)移和體相結(jié)構(gòu)的變化。電極材料相轉(zhuǎn)變可以引起晶格參數(shù)的變化及晶格失配，由此出現(xiàn)的誘導應(yīng)力引起晶粒的破碎，并引發(fā)裂紋的傳播，造成材料的結(jié)構(gòu)發(fā)生機械破壞，從而引起電化學性能衰減。

2、負極材料結(jié)構(gòu)

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(fā)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(jié)構(gòu)的變化也會造成電池容量下降。

雖然保持了石墨的形貌結(jié)構(gòu)，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(jié)構(gòu)的改變導致碳材料出現(xiàn)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(yīng)

電解液的性質(zhì)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(zhì)和添加劑三個部分。溶劑的分解、電解質(zhì)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(yīng)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(huán)使用，電解液的分解及與正負極材料間發(fā)生的界面反應(yīng)都會造成容量的衰減。

4、正極過充反應(yīng)

當正極活性物相關(guān)于負極活性物比例過低時，容易發(fā)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(zhì)(如Co3O4，Mn2O3等)的出現(xiàn)，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(wěn)定性

在充電時正極活性物質(zhì)不穩(wěn)定會與電解質(zhì)反應(yīng)造成容量降低。影響正極材料不穩(wěn)定因素有正極材料結(jié)構(gòu)缺陷、炭黑含量、充電電勢過高，其中正極材料結(jié)構(gòu)缺陷是影響因素中的重中之重。

從上述闡述的多種因素分析可知：影響鋰離子電池容量衰減的重要因素是正極材料的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。如何抑制材料結(jié)構(gòu)的變化提高電池的綜合性能，還有許多方面要進一步研究和探討。

鋰離子電池壽命衰減的原因是什么?

1、鋰離子電池內(nèi)阻，尤其是極化內(nèi)阻的不一致，使得個別電池在充放電過程中電壓變化劇烈，從而導致整個鋰離子電池組的變化劇烈;

2、單體超薄鋰離子電池組電壓的不一致，將影響電池組的調(diào)峰能力，使得整體電池組放出的能量降低;

3、由于超薄電池工作中有放熱和吸熱過程，鋰離子電池溫度會不斷變化，當過熱時，會帶來性能下降和安全隱患，事實證明，近年發(fā)生的電動汽車運營和測試起火的導火索都是因為過溫保護不到位引起電池發(fā)熱起火的，電池類型不但有錳酸鋰，磷酸鐵鋰離子電池也是如此;

4、容量是壽命衰減最嚴重的因素，容量不一致重要引起兩個方面的性能問題，一是部分鋰離子電池會處于過充過放狀態(tài)，導致燃燒、爆炸等不安全因素，二是低容量單體電池因為提早結(jié)束工作，影響到整個超薄電池組中其他單體電池的能量不能完全釋放，從而引起整個鋰離子電池組的壽命衰減。