锂离子电池容量损失原因

黎彩莲

摘 要：基于对锂离子电池容量损失原因进行分析，通过过充电、电解液分解、自放电以及电极不稳定性这几个主要造成锂离子电池容量出现损失的原因进行分析，进而使得锂离子电池的使用寿命得到提升，并且为我国的各个行业更好的服务。

关键词：锂离子电池;容量损失;原因

引言

在我国的很多领域内都有广泛的应用锂离子电池，而其容量的损失变化情况对于人们的日常生活来说有着重要的影响，造成其容量损失变化的原因有很多。当锂离子从正负极上面出现脱嵌情况的时候就会引起氧化还原的反应，这样的情况就会使得锂离子出现消耗的情况，然后造成锂离子电池的容量发生损失的情况，同时还会有多次循环损失的叠加，进而对锂离子电池的综合性能造成十分不利的影响，甚至还可能会产生安全事故。本文就锂离子电池容量损失的原因展开相应的分析。

1 过充电

1.1负极过充反应

对于锂离子电池来说，可以在负极使用的活性材料种类比较多，主要以钛酸锂负极材料、碳系负极材料以及锡基、硅基负极材料为主[1]。并且不同的碳材料所具备的电化学性能也是不同的，其中具备导电性能比较高的碳材料就是石墨，其具备结晶度高以及层状结构好等优势，在锂的脱出和嵌入中比较适合。对于石墨材料来说，还具有着存量多和价格实惠的优点，得到了比较广泛的应用。当锂离子电池首次充放电的时候，溶剂分子就会在石墨的表面产生分解反应，在这个过程中会形成一种名叫SEI的钝化膜，进而造成锂离子电池的容量损失。除此以外，因石墨材料的不同，影响锂离子电池容量损失情况的机理也会不同。例如，天然石墨具有较高的比表面积，当产生自放电情况的时候就会使得锂电池的容量出现损失，并且在电池负极运用天然石墨材料时要比人造石墨的电化学反应阻抗高。同时，在循环的过程当中负极层状结构分离、极板制作过程中的电剂分散情况以及储存过程当中的电化学反应的阻抗增加等原因也都是使得锂离子电池的容量出现损失的重要原因。

1.2正极过充反应

在正极材料占比比较低的情况下就会产生正极过充电，并且使得电极之间的容量出现失衡，进而造成锂离子电池的容量产生不可逆转的损失。同时，电解液及正极材料分解出来的可燃气体和氧气的不断积累时，就会使得锂离子电池在使用的过程中可能会存在安全隐患。

1.3在高电压作用下电解液产生反应

当锂离子电池的充电电压过高的时候，那么就会使得电解液产生氧化的反应，并且会产生一些副产物，这些副产物会堵塞电极微孔，使得锂离子的迁移受到阻碍，进而出现循环容量损失的情况 [2]。电解液的稳定性和电解质的浓度之间呈现出反比变化趋势，当电解质的浓度越高时，电解液的稳定性能就会越低，从而影响到锂离子电池的容量。

2 电解液分解

对于电解液来说，主要包含添加剂、电解质以及溶剂，电解质的性质会影响到电池的安全性能、使用寿命、倍率充放电性能以及比容量。在电解液当中，溶剂和电解质的分解都会造成锂离子电池容量的损失。溶剂等物质在锂离子电池第一次充放电的时候会在负极的表面形成SEI膜，这种膜的形成会对锂离子电池造成不可逆转的容量损失。电解液当中如果存在氟化氢或者是水等杂质的时候，就很有可能会使得电解质在较高温度的情况下出现分解，然后正极的材料会和产生的物质之间发生反应，进而影响到电池的容量。与此同时，溶剂还会与产生的部分物质之间形成反应，影响到负极表面SEI膜的稳定性，进而使得锂离子的电池的容量出现损失，并且使其性能衰减[3]。另外，电解液分解出来的物质如果与电解液不相容的话，那么在迁移的过程中就使得正极的孔隙出现阻塞，进而造成电池容量的损失。总体来说，电池正负极和电解液之间出现的副反应以及出现的副产物都是使得锂离子电池容量出现损失的主要原因。

3 自放电

当锂离子电池在闲置的情况下出现了容量损失的现象，那么这一现象就被称之为自放电。对于锂离子电池的自放电来说，主要分成不可逆容量损失和可逆容量损失两种。溶剂氧化的速度会直接影响到自放电的速度，并且在充电的过程中正负极活性材料可能会与溶质之间产生反应，进而使得锂离子在完成迁移后出现容量失衡还有不可逆转的损失。也可以看出来，活性材料的表面积减少可以使得容量损失的速率降低，同时溶剂的分解也会对电池的储存寿命造成影响。除此以外还有一种造成容量损失的原因就是隔膜的孔径，因为这种原因而造成的容量损失的可能性是比较低的。另外，在锂离子电池中还会存在自放电的情况，这种情况会造成金属锂的沉积，进而使得锂离子电池的正负极容量出现损失的情况。

4 电极不稳定性

4.1正极材料的溶解

以尖晶石LiMn204锂离子电池为例，Mn的溶解可以使其发生不可逆的容量损失，这也是锂离子电池容量损失的主要原因。Mn的溶解和沉积会减少正极活性物，并且当其游离到负极的时候就会使得负极SEI膜出现不稳定，而被破坏掉的SEI膜再次形成的时候就会使得锂。

4.2正极材料的炭黑含量

对于炭黑来说，其属于一种非活性物质，对于充放电反应并不参与。如果正极材料当中的炭黑含量太高的话，那么就会对正极材料的容量还有强度造成影响，在添加的过程中一定要注意添加的含量。除此以外，在炭黑的表面传输载体会产生具有催化性的物质，这些物质可以使得金属离子分解的速率得到提升，并且还可以使得活性物质的溶解加快。

5 结束语

总体来说，锂离子电池是一种污染低并具有良好性能的绿色电池，在我国的各个领域当中都得到了比较广泛的应用，但是锂离子电池的使用年限会因受到过充电、电解质分解、自发电还有电极不稳定等原因的影响而使得电池的容量损失过快。为了使得锂离子电池使用的年限可以提高，并且为我国各个行业的应用更好的服务，就一定要对锂离子电池容量的损失变化情况以及形成的原因重视并深入的进行分析，这样才可以有效的推动我国锂离子电池的可持续发展。

参考文献：

[1] 黄可龙， 吕正中， 刘素琴. 锂离子电池容量损失原因分析[J]. 电池， 2001， 31（003）：142-145.

[2] 王昆，  黎永志，  罗林. 锂离子电池容量衰减变化及原因分析[J]. 中小企业管理与科技， 2019， 000（023）：146-148.

[3] 王翠玲. 锂离子电池容量衰减变化及原因分析[J]. 中国高新技术企业， 2015， 000（005）：85-86.

[4] 平平. 锂离子电池热失控与火灾危险性分析及高安全性电池体系研究[D]. 中国科学技术大学， 2014.

[5] 徐慶庆， 郝虹阳， 朱云城. 一种锂离子电池正负极材料循环容量衰减分析方法：， CN110568367A[P]. 2019.

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