鋰離子電池的老化機理(存儲版)
【正文】 使用 10年 .也就是循環(huán)壽命要達到 1000次保持 80%的容量 . 不幸的是鋰離子電池是一個非常復雜的體系 ,其老化過程更加復雜 .容量的衰減和功率的衰退不是由單個原因引起 ,而是很多的不同過程以及它們的相互作用引起 . 本文將對最近的鋰離子電池老化機理研究成果進行回顧 , 盡可能的辨別和評估不同的過程以及各種文獻研究結(jié)果 ,為以后的研究建立一個牢固的基礎(chǔ) . 由于陽極和陰極的老化機理顯著的不同 ,因而放在不同的章節(jié)討論 ,而電解液的影響則通過與電極的相互作用體現(xiàn)出來 ,因而在相應(yīng)的章節(jié)中涉及 .最后介紹使用電化學阻抗譜進行非破壞性的研究老化機理 . 2． 碳質(zhì)陽極的老化 概 論 碳材料特別是石墨 ,是鋰離子電池最重要的陽極材料 , 對石墨基電池的老化機理已經(jīng)有了很深的認識 ,盡管可選擇的材料如鋰金屬 ,鋰合金最近也引起很多研究者的關(guān)注 ,但其重點放在活性材料本身以及相關(guān)問題 (如納米結(jié)構(gòu)材料 ,體積的控制 ),而對老化的研究相當少 。在貯存中發(fā)生的老化效應(yīng) (如自放電 , 阻抗升高 )以及在使用中發(fā)生的老化效應(yīng) (如物理上的退化 ,鋰金屬的析出 )將會影響到電池的循環(huán)壽命 .在貯存中發(fā)生的老化效應(yīng)可以通過一些電化學值進行監(jiān)控 ,如容量損失 ,內(nèi)阻升高 ,電勢改變 ,充電狀態(tài) (SOC),健康狀態(tài) (SOH). 應(yīng)該指出的是 ,隨著使用和時間的推移 ,老化的發(fā)生可能由以下原因引起 :(1)電極 ,電解液 ,電極和電解液界面的變化 。(2)充電態(tài)電極的腐蝕 .沒有鋰離子嵌入和脫嵌的防御層 ,如在基部平面上形成的防御層稱為非 SEI層 .但是這些非 SEI層仍然阻擋了電解液與電極的進一步反應(yīng) .據(jù)報道這些 SEI層與非 SEI層在成分上是非常不同的 .由于在功能和成分上的不同 , SEI層與非 SEI層的老化過程也是不同的 .然而在研究中 ,我們依然按照慣例把防御層定義為 SEI. 通常 ,SEI在電極上的形成伴隨著氣態(tài)電解液分解產(chǎn)物的釋放 .消耗的不可逆容量的數(shù)量與石墨的特定表面積以及防御層的形成狀態(tài)有關(guān) . 不幸的是 ,SEI層沒有真正的固體電解質(zhì)的性能 .對鋰離子的遷移數(shù)不是 1,其它的充電態(tài)物種 (陰離子 ,電子 ,溶劑化的陽離子 )和中性物種(溶劑 ,雜質(zhì) )也可以擴散和遷移通過 SEI層 .而且 ,在循環(huán)的最后階段也有溶劑化的鋰陽離子和其它電解液組分的轉(zhuǎn)移 .延長循環(huán)后也可以觀察到不可逆的充電容量和自放電反應(yīng)的發(fā)生 .結(jié)果 ,在整個電池壽命中都發(fā)生 LixC6的腐蝕 （ 導致容量損失 ） 和電解液的分解 （ 導致電解液的損失和進一步的 SEI的形成 ） ． 但與第一循環(huán)相比 ,程度和速率都低很多 . 在長時間內(nèi) ,SEI滲透進入電極和隔離膜的微孔中 ,這導致電極上具有鋰離子進入
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