三元材料鋰電池容量衰減的原因

●三元鋰電池正極材料的結(jié)構(gòu)變化

正極材料是鋰離子的主要來(lái)源，當(dāng)鋰離子從正極中脫出時(shí)候，為了維持材料電中性狀態(tài)，金屬元素必然會(huì)被氧化到達(dá)一個(gè)高的氧化態(tài)，這里就伴隨了組分的轉(zhuǎn)變。組分的轉(zhuǎn)變?nèi)菀讓?dǎo)致相轉(zhuǎn)移和體相結(jié)構(gòu)的變化。電極材料相轉(zhuǎn)變可以引起晶格參數(shù)的變化及晶格失配，由此產(chǎn)生的誘導(dǎo)應(yīng)力引起晶粒的破碎，并引發(fā)裂紋的傳播，造成材料的結(jié)構(gòu)發(fā)生機(jī)械破壞，從而引起電化學(xué)性能衰減。

KIM等對(duì)層狀LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2正極材料的微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行了研究分析，由于Li+(0.76)與Ni2+(0.69)有相近的離子半徑，富鎳材料較易出現(xiàn)Ni2+向Li+空穴遷移的情況，導(dǎo)致產(chǎn)生結(jié)構(gòu)的無(wú)序性；體積的反復(fù)變化導(dǎo)致活性材料產(chǎn)生裂紋及孔隙，隨著循環(huán)的進(jìn)行，材料結(jié)構(gòu)逐漸由菱方結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變成尖晶石相，在循環(huán)初期結(jié)構(gòu)的激烈變化導(dǎo)致容量及電壓的快速衰退。

●三元鋰電池負(fù)極材料結(jié)構(gòu)

商業(yè)化鋰電池常用的負(fù)極材料有碳材料、鈦酸鋰等，本文以典型負(fù)極石墨進(jìn)行分析。鋰電池容量的衰減第一次發(fā)生于化成階段，在這個(gè)階段會(huì)在負(fù)極表面形成SEI，消耗部分鋰離子。

三元材料鋰電池的優(yōu)點(diǎn)

三元材料因其價(jià)格低廉，性能穩(wěn)定，被稱(chēng)為是鋰電池的首選材料，而以三元材料為正極的鋰電池更是具有多種優(yōu)點(diǎn)。

1、正極為三元鋰電池材料，負(fù)極為人造石墨與其他先進(jìn)負(fù)極材料的混合體。

2、疊片式軟包裝工藝，該結(jié)構(gòu)電流集流均勻、散熱性好、提升了電池倍率性能。

3、采用專(zhuān)利技術(shù)處理的隔膜，提高了三元鋰電池本體安全性，單體電池及模塊經(jīng)過(guò)跌落、擠壓、針刺、熱箱、過(guò)充過(guò)放等安全性評(píng)價(jià)試驗(yàn)，滿(mǎn)足中國(guó)有關(guān)電池的標(biāo)準(zhǔn)法規(guī)要求。

三元材料鋰電池的缺點(diǎn)

安全性較差和循環(huán)壽命較短是三元鋰電池的主要短板，尤其是安全性能，是一直限制其大規(guī)模配組，和大規(guī)模集成應(yīng)用的一個(gè)主要因素。大量實(shí)測(cè)表明，容量較大的三元電池很難通過(guò)針刺和過(guò)充等安全性測(cè)試，這也是大容量電池中一般都要多引入錳元素，甚至混合錳酸鋰一起使用的原因。500次的循環(huán)壽命在鋰電池中屬于中等偏下，因此三元鋰電池目前主要的應(yīng)用領(lǐng)域是3C數(shù)碼等消費(fèi)類(lèi)電子產(chǎn)品。