三元锂电池容量衰减的原因主要有哪些

一、正极材料的结构变化

正极材料是锂离子的重要来源，当锂离子从正极中脱出时候，为了维持材料电中性状态，金属元素必然会被氧化到达一个高的氧化态，这里就伴随了组分的转变。组分的转变容易导致相转移和体相结构的变化。电极材料相转变可以引起晶格参数的变化及晶格失配，由此出现的诱导应力引起晶粒的破碎，并引发裂纹的传播，造成材料的结构发生机械破坏，从而引起电化学性能衰减。

二、负极材料结构

商业化锂离子电池常用的负极材料有碳材料、钛酸锂等，本文以典型负极石墨进行分析。锂离子电池容量的衰减第一次发生于化成阶段，在这个阶段会在负极表面形成SEI，消耗部分锂离子。

随着锂离子电池使用，石墨结构的变化也会造成电池容量下降。LIU等研究了LiFePO4/C电池的容量衰减机制，同样适用于三元锂离子电池，研究发现循环后的碳材料虽然保持了石墨的形貌结构，但是其晶面的半高宽变大，导致c轴方向的晶粒尺寸变小，晶体结构的改变导致碳材料出现裂纹，进而破坏负极表面的SEI膜并促进SEI膜的修复，SEI膜的过度生长消耗活性锂，因此造成了电池的不可逆容量衰减。

三、电解液的氧化分解与界面反应

电解液的性质显著影响锂离子电池的比容量、寿命、倍率充放电性能、工作温度范围以及安全性能等。电解液重要包括溶剂、电解质和添加剂三个部分。溶剂的分解、电解质的分解都会导致电池容量的损失。电解液的分解和副反应是锂离子电池容量衰减的重要因素，无论采用何种正负极材料、何种工艺，随着锂离子电池循环使用，电解液的分解及与正负极材料间发生的界面反应都会造成容量的衰减。

三元锂离子电池优点

1、电压平台高

电压平台是电池能量密度的重要指标，决定着电池的基本效能和成本，因此对电池材料的选用，有重要的意义。电压平台越高，比容量越大，肯定同样体积、重量，甚至同样安时的电池，电压平台比较高的三元材料锂离子电池续航里程更远。三元材料的电压平台明显比磷酸铁锂高，高线可以达到4.2伏，放电平台可以达到3.6或者3.7伏。

2、能量密度高

能量密度高是三元锂离子电池的最大优势，而电压平台是电池能量密度的重要指标，决定着电池的基本效能和成本，电压平台越高，比容量越大，所以同样体积、重量，甚至同样安时的电池，电压平台比较高的三元材料锂离子电池续航时间更长。

3、振实密度高

振实密度是指在规定条件下容器中的粉末经振实后所测得的单位容积的质量。振实密度或者说体积密度（在一些工业领域称为松装密度）含义为样品的质量除以它的体积，这一体积包括样品本身和样品孔隙及其样品间隙体积。

三元锂离子电池缺点

安全性差、耐高温性差、寿命差、大功率放电差。安全性较差和循环寿命较短是三元锂离子电池的重要短板，尤其是安全性能，是一直限制其大规模配组，和大规模集成应用的一个重要因素。大量实测表明，容量较大的三元电池很难通过针刺和过充等安全性测试，这也是大容量电池中一般都要多引入锰元素，甚至混合锰酸锂一起使用的原因。

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