锂离子电池循环性能的影响因素有哪些?

来源:钜大LARGE    2018-02-27    点击量: 357
  循环性能对锂离子电池的重要程度无需赘言;电池在使用时更长的循环寿命意味着更少的资源浪费。影响锂离子电池循环性能的因素有很多,本文主要从以下几个方面来探索一下。
 
  所使用原材料种类:材料的选择是影响锂离子电池性能的第一要素。材料性能的好坏,决定了电池的循环性能,如果材料的性能很差,工艺再合理、电芯的循环也必然无法保证;从材料角度来看,一个电池的循环性能,是由正极与电解液匹配、负极与电解液匹配这两者中,较差的一者来决定的。材料的循环性能较差,一方面可能是在循环过程中晶体结构变化过快从而无法继续完成嵌锂脱锂,一方面可能是由于活性物质与对应电解液无法生成致密均匀的SEI膜造成活性物质与电解液过早发生副反应而使电解液过快消耗进而影响循环。在电芯设计时,若一极确认选用循环性能较差的材料,则另一极无需选择循环性能较好的材料,浪费。
 
  正负极压实:正负极压实过高,虽然可以提高电芯的能量密度,但是也会一定程度上降低材料的循环性能。如果正负极压实过大的话,不利于锂离子的嵌入和脱出,有可能会使电池的容量降低,同时也会使电池的循环性能及倍率性能降低。
 
  水分:过多的水分会与正负极活性物质及电解液发生副反应、破坏其结构进而影响循环,使副反应在极片表面反应,影响锂离子的嵌入和脱出。同时水分过多也不利于SEI膜的形成。如果水分过多的话,水分在电池内部电解,产生气体,使电池内部气压过大,造成电池漏液,严重者可以导致电池防爆阀断开。但在痕量的水分难以除去的同时,痕量的水也可以一定程度上保证电芯的性能。
 
  涂布面密度:对同型号同容量同材料的电芯而言,降低膜密度相当于增加一层或多层卷绕或叠片层数,对应增加的隔膜可以吸收更多的电解液以保证循环。考虑到更薄的膜密度可以增加电芯的倍率性能、极片及裸电芯的烘烤除水也会容易些,但是较低的面密度时操作者在图过程中面密度难以控制,进一步影响产品质量而且浆料中的大颗粒也可能会对涂布、辊压造成更多的困难,同时降低了生产效率及增加员工操作的困难。,所以对于涂布面密度的改进要综合考虑以上几个因素。
 
  负极过量:在锂电池循环过程中,负极材料不断接受嵌入的锂离子,在长时间循环之后,负极材料的结构破坏严重。所以在锂电池设计时,我们需要复负极材料适当过量。若负极过量不充足,电芯可能在循环前并不析锂,但是循环几百次后正极结构变化甚微但是负极结构被破坏严重而无法完全接收正极提供的锂离子从而析锂,造成容量过早下降。
 
  电解液量:电解液量不足对循环产生影响主要有三个原因,一是注液量不足,注液量不足时,电池在循环过程中。锂离子无法进行正常的传导,导致锂离子无法正常的传导,从而使锂离子电池的容量降低二是虽然注液量充足但是老化时间不够或者正负极由于压实过高等原因造成的浸液不充分,如果电池浸润不充分,极片表面无电解液,则对应的极片无法发挥其对应的克容量,导致电池的容量降低。三是随着循环电芯内部电解液被消耗完毕,正负极特别是负极与电解液的匹配性的微观表现为致密且稳定的SEI的形成,而右眼可见的表现,既为循环过程中电解液的消耗速度。不完整的SEI膜一方面无法有效阻止负极与电解液发生副反应从而消耗电解液,一方面在SEI膜有缺陷的部位会随着循环的进行而重新生成SEI膜从而消耗可逆锂源和电解液。不论是对循环成百甚至上千次的电芯还是对于几十次既跳水的电芯,若循环前电解液充足而循环后电解液已经消耗完毕,则增加电解液保有量很可能就可以一定程度上提高其循环性能。
 
  测试的客观条件:测试过程中的充放电倍率、截止电压、充电截止电流、测试中的过充过放、测试房温度、测试过程中的突然中断、测试点与电芯的接触内阻等外界因素,都会或多或少影响循环性能测试结果。
 
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