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令人匪夷所思的幾(jǐ)個會(huì)影響鋰離子電池循環性能的因素

來源: 時間:2025-04-24 08:54:50 瀏(liú)覽次數:

每一個鋰電行業(yè)的人員都不得不考(kǎo)慮鋰(lǐ)離子電池(chí)循環性(xìng)能,而更長的循環壽命意味著更少的資源(yuán)消耗。那麽究竟什麽什麽決定著鋰離子電池循環的性能的呢?1、材料種類:材料的選擇是影響鋰離子(zǐ)電池(chí)性能的第一要素。一個全電池的循環性能,是由正極與電解液(yè)匹配(pèi)後的循環性能、負極與電解液匹配後的循環性(xìng)能這兩者中,較差的一者來決定的。材料的(de)循環性能較差,一方麵可能是在(zài)循環過程中晶體結構變化過快從而無法繼續完(wán)成嵌鋰脫鋰,一方麵可能(néng)是由於活性物質與對應(yīng)電解液無法生(shēng)成致密均勻的SEI膜造成活性物質與電解液過早發生副反應而使電解液過快消耗進而影響循環。在電芯設計時,若一極確認選用循環性能較差的材料,則另一極無需選擇循環性能較好的(de)材(cái)料,浪費。

每一個鋰電行業(yè)的人員都不得不考慮鋰離子(zǐ)電池循環性能,而更長的循(xún)環(huán)壽命意(yì)味著更少的資源消耗。那(nà)麽究竟什麽什(shí)麽決定著鋰離子電池循(xún)環的性能的呢?

1、材(cái)料種類:

材料的選擇是影響鋰離子電(diàn)池性能的第一要素。一個全電池的(de)循環性能,是由正極與電解液匹配後的循環性(xìng)能、負極與電解液匹(pǐ)配後(hòu)的循環性能這兩者中,較差的一者來決定(dìng)的。材料的循環性能較差,一方麵可能是在(zài)循環過程中晶體結構變化過快從而無法繼續完成嵌鋰脫鋰,一方麵(miàn)可能是由於活性物質與對應電解液無法生成致密均勻的SEI膜造成活性(xìng)物質與電解液過早發生副反應而使電解液過快消耗進而影響循(xún)環。在電芯設計時,若一極確認選用循環性能較差的材料,則另一極無需選擇循環(huán)性能(néng)較好的材料,浪費。

2、正負極壓(yā)實(shí):

正負極壓實過高,雖然可以提高電芯的能量密度(dù),但是也會一定程度上降低材料(liào)的循環性能。從理論來分析,壓實越大,相當於對材料的結構破壞越大(dà),而材料的結構是保證鋰離(lí)子電池可以循環使(shǐ)用的基礎(chǔ);此外,正負(fù)極(jí)壓實較高(gāo)的電芯難以保證較高的保液量,而保液量是電芯(xīn)完成正常循環或更多次的循環的基(jī)礎。

3、水分:

過多的水分會與正負極活性物質發生(shēng)副反(fǎn)應、破(pò)壞其結構進而影響循環,同時水分過多也不利於SEI膜的形(xíng)成。但在痕量(liàng)的水分難以除去的同時,痕量(liàng)的水(shuǐ)也可以一定程(chéng)度上保證電芯的性能。可惜文武對這個(gè)方麵(miàn)的切身經驗幾乎為零,說不出太多的東西。大家有興趣可以(yǐ)搜一搜論壇裏麵關於這個話題的資料(liào),還是不少的。

4、塗(tú)布膜密度:

單一(yī)變量的考慮(lǜ)膜密度對循環的影響幾乎(hū)是一個不可能的任務。膜密度不一致要麽帶來容量的差異、要麽是電芯卷繞或疊片(piàn)層數的差異。對同型號同容量同材料的電芯而言,降低膜密度相當於增加一層或多層卷繞或疊片層數,對(duì)應增加的隔膜可以吸收更多的電(diàn)解(jiě)液以保證循環。考慮到更薄的膜密(mì)度可以增加電芯的倍率性能、極片及裸電(diàn)芯的烘烤除水也會容易些,當然太薄(báo)的膜密度塗布時的誤差可能更(gèng)難控製,活性物質(zhì)中的大顆粒(lì)也可能會(huì)對塗布、滾壓造成負麵影響,更多的層數意味著更(gèng)多的箔材和隔膜(mó),進而意味著(zhe)更高的成本和(hé)更低的能量密(mì)度。所以,評估(gū)時(shí)也需要均衡考量。

5、負極過量(liàng):

負極過量的原因除了需要考慮首次不可逆容量的影響和塗布膜密度偏差之(zhī)外,對循環性能的影響也是一個考量。對於鈷酸鋰加石墨體係而言,負極石墨成為循(xún)環過程中的“短板”一方較為常見。若負極過量(liàng)不充足,電芯可能在(zài)循環前並不析(xī)鋰,但(dàn)是(shì)循環幾百次後正(zhèng)極結構變化甚微但是負極結構被破壞嚴重(chóng)而無法完全接收正極提供的鋰(lǐ)離子從而析鋰,造成容量過早下降。

6、電解液量:

電解液量不足對循環(huán)產生影響主(zhǔ)要有三個原因,一是(shì)注液量不足,二是雖然注液量充足(zú)但是老化時間不夠或者正負極(jí)由於(yú)壓實過高等原因造成的浸液不充(chōng)分,三是隨著循環電芯(xīn)內部電解液被消耗完畢。不論是對循環成百(bǎi)甚至上千次的電芯(xīn)還是對於幾十次既跳水的電芯,若(ruò)循環前電解液充足而循環後電解液已經消耗完畢,則增加電解液(yè)保有量很可能就可以一定程度上提高其循環性能。

7、測試的客觀條件:

測試過程中的充放電倍率、截止電壓、充電截止(zhǐ)電流、測(cè)試中的過充過放、測試房溫度、測試過程中的突然中斷、測(cè)試點與電芯的接觸內阻等外界因素,都會或多或少(shǎo)影響循環性能測試結果。另外,不同的材料對上述客觀因素的敏感程(chéng)度各不相(xiàng)同,統一測試(shì)標準並且了解共性及重要材料的特性應(yīng)該就足夠日常工作使用了。

如同木桶原則一樣,諸(zhū)多的影響電芯循環性能的因素當(dāng)中(zhōng),最終(zhōng)的決定性因素,是諸(zhū)多因素中的最短板。同時,這些影響因素之間,也都有著交互影響。在同樣的材料和製成能力下,越高的循環,往往意味著越低的能量密度,找到剛好滿足客戶需求的結合(hé)點,盡量保證電芯製成的一致性(xìng),方是最重(chóng)要的任務所在。

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