影響鋰離子電池循環性能的7大因素
文(wen)章來源：PNAS普納(na)斯能源官網
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發表(biao)時間：2017-10-23 17:58:28
【小中大】
循環性能對鋰離子電池的重要程度無需多言，就宏觀來講，更長的循環壽命意味著更少的資源消耗，因而，影響鋰離子電池循環性能的因素，是每一個與鋰電行業相關的人員都不得不考慮的問題。
1、水分
過多的水分會...
此文關鍵字：
循(xun)環性能對鋰(li)離子電(dian)池(chi)的重(zhong)要程度無需多言(yan)，就宏觀(guan)來講，更長的循(xun)環壽命意味著更少(shao)的資源(yuan)消耗(hao)，因(yin)(yin)而，影(ying)響鋰(li)離子電(dian)池(chi)循(xun)環性能的因(yin)(yin)素，是每一個(ge)與鋰(li)電(dian)行(xing)業相關的人(ren)員都不得不考慮的問題(ti)。
1、水分
過多(duo)的水(shui)(shui)分(fen)會與正負極活性物質發生副反應(ying)、破壞其結(jie)構進而影響循環，同時(shi)水(shui)(shui)分(fen)過多(duo)也(ye)不利于(yu)SEI膜(mo)的形成，但(dan)在痕(hen)(hen)量的水(shui)(shui)分(fen)難以(yi)除去的同時(shi)，痕(hen)(hen)量的水(shui)(shui)也(ye)可(ke)以(yi)一定程度上保(bao)證電芯(xin)的性能。
2、正負極壓(ya)實
正(zheng)負(fu)極(ji)壓(ya)實過(guo)高(gao)，雖然可(ke)(ke)以提高(gao)電(dian)芯(xin)(xin)的(de)能量密度，但是(shi)(shi)也會一定程度上(shang)降低材(cai)(cai)料(liao)的(de)循(xun)環(huan)(huan)性能，從理論(lun)來分析，壓(ya)實越大(da)，相(xiang)當于對材(cai)(cai)料(liao)的(de)結(jie)構破壞越大(da)，而(er)材(cai)(cai)料(liao)的(de)結(jie)構是(shi)(shi)保(bao)證鋰離(li)子電(dian)池可(ke)(ke)以循(xun)環(huan)(huan)使用的(de)基(ji)礎；此外，正(zheng)負(fu)極(ji)壓(ya)實較高(gao)的(de)電(dian)芯(xin)(xin)難以保(bao)證較高(gao)的(de)保(bao)液(ye)量，而(er)保(bao)液(ye)量是(shi)(shi)電(dian)芯(xin)(xin)完成正(zheng)常循(xun)環(huan)(huan)或更多次(ci)的(de)循(xun)環(huan)(huan)的(de)基(ji)礎。
3、測(ce)試的客觀條(tiao)件
測試過程中的充放電倍率、截止電壓、充電截止電流、測試中的過充過放、測試房溫度、測試過程中的突然中斷、測試點與電芯的接觸內阻等外界因素，都會或多或少影響循環性能測試結果，另外，不同的材料對上述客觀因素的敏感程度各不相同，統一測試標準并且了解共性及重要材料的特性應該就足夠日常工作使用了。
4、負極(ji)過量(liang)
負極過量的(de)(de)原因除了需要(yao)考(kao)慮首次(ci)不可逆容(rong)量的(de)(de)影(ying)響和涂(tu)布膜(mo)密度偏差之外，對(dui)循環性能(neng)的(de)(de)影(ying)響也是一(yi)個(ge)考(kao)量，對(dui)于鈷酸(suan)鋰加石墨(mo)體系(xi)而言，負極石墨(mo)成為(wei)循環過程中的(de)(de)"短板"一(yi)方較為(wei)常見，若(ruo)負極過量不充足，電芯可能(neng)在(zai)循環前并(bing)不析鋰，但(dan)是循環幾百次(ci)后(hou)正極結(jie)構變化(hua)甚微(wei)但(dan)是負極結(jie)構被破壞嚴(yan)重而無法完全接(jie)收正極提(ti)供的(de)(de)鋰離子從而析鋰，造成容(rong)量過早下降。
5、涂布膜(mo)密度
單(dan)一(yi)變量(liang)的(de)(de)(de)(de)(de)考慮膜密(mi)度(du)對(dui)(dui)循(xun)環(huan)的(de)(de)(de)(de)(de)影響幾(ji)乎是(shi)一(yi)個不(bu)可(ke)能(neng)的(de)(de)(de)(de)(de)任(ren)務，膜密(mi)度(du)不(bu)一(yi)致(zhi)要么(me)帶來容(rong)量(liang)的(de)(de)(de)(de)(de)差異、要么(me)是(shi)電芯(xin)卷繞(rao)或(huo)疊(die)片(pian)層數的(de)(de)(de)(de)(de)差異，對(dui)(dui)同(tong)型號同(tong)容(rong)量(liang)同(tong)材料的(de)(de)(de)(de)(de)電芯(xin)而言，降低(di)膜密(mi)度(du)相當(dang)于增加(jia)(jia)一(yi)層或(huo)多(duo)(duo)(duo)層卷繞(rao)或(huo)疊(die)片(pian)層數，對(dui)(dui)應增加(jia)(jia)的(de)(de)(de)(de)(de)隔膜可(ke)以(yi)(yi)(yi)吸收更(geng)(geng)(geng)多(duo)(duo)(duo)的(de)(de)(de)(de)(de)電解液以(yi)(yi)(yi)保證循(xun)環(huan)，考慮到更(geng)(geng)(geng)薄(bo)的(de)(de)(de)(de)(de)膜密(mi)度(du)可(ke)以(yi)(yi)(yi)增加(jia)(jia)電芯(xin)的(de)(de)(de)(de)(de)倍率性能(neng)、極(ji)片(pian)及裸電芯(xin)的(de)(de)(de)(de)(de)烘烤除水(shui)也(ye)(ye)會(hui)容(rong)易些，當(dang)然太薄(bo)的(de)(de)(de)(de)(de)膜密(mi)度(du)涂布時的(de)(de)(de)(de)(de)誤差可(ke)能(neng)更(geng)(geng)(geng)難(nan)控制，活性物(wu)質(zhi)中的(de)(de)(de)(de)(de)大顆粒也(ye)(ye)可(ke)能(neng)會(hui)對(dui)(dui)涂布、滾壓造成負面影響，更(geng)(geng)(geng)多(duo)(duo)(duo)的(de)(de)(de)(de)(de)層數意味(wei)著(zhu)更(geng)(geng)(geng)多(duo)(duo)(duo)的(de)(de)(de)(de)(de)箔材和隔膜，進(jin)而意味(wei)著(zhu)更(geng)(geng)(geng)高的(de)(de)(de)(de)(de)成本(ben)和更(geng)(geng)(geng)低(di)的(de)(de)(de)(de)(de)能(neng)量(liang)密(mi)度(du)，所(suo)以(yi)(yi)(yi)，評估時也(ye)(ye)需要均衡考量(liang)。
6、材料(liao)種類
材料(liao)(liao)的(de)(de)選(xuan)擇(ze)是影響鋰(li)離子電(dian)(dian)(dian)池(chi)性(xing)能(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)的(de)(de)第一(yi)要素，選(xuan)擇(ze)了循(xun)(xun)環(huan)性(xing)能(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)較差的(de)(de)材料(liao)(liao)，工藝再合理(li)、制成再完(wan)善，電(dian)(dian)(dian)芯(xin)的(de)(de)循(xun)(xun)環(huan)也(ye)必然無法保證；選(xuan)擇(ze)了較好(hao)的(de)(de)材料(liao)(liao)，即使后續制成有些許問題(ti)，循(xun)(xun)環(huan)性(xing)能(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)也(ye)可能(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)不會差的(de)(de)過(guo)于離譜，從材料(liao)(liao)角度(du)來看(kan)，一(yi)個全電(dian)(dian)(dian)池(chi)的(de)(de)循(xun)(xun)環(huan)性(xing)能(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)，是由正極與電(dian)(dian)(dian)解(jie)(jie)液匹(pi)配后的(de)(de)循(xun)(xun)環(huan)性(xing)能(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)、負極與電(dian)(dian)(dian)解(jie)(jie)液匹(pi)配后的(de)(de)循(xun)(xun)環(huan)性(xing)能(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)這兩者中(zhong)，較差的(de)(de)一(yi)者來決定的(de)(de)，材料(liao)(liao)的(de)(de)循(xun)(xun)環(huan)性(xing)能(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)較差，一(yi)方(fang)面(mian)(mian)可能(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)是在(zai)循(xun)(xun)環(huan)過(guo)程中(zhong)晶體結構變化過(guo)快從而無法繼續完(wan)成嵌鋰(li)脫鋰(li)，一(yi)方(fang)面(mian)(mian)可能(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)是由于活(huo)(huo)性(xing)物質(zhi)(zhi)與對應電(dian)(dian)(dian)解(jie)(jie)液無法生成致密(mi)均勻(yun)的(de)(de)SEI膜造成活(huo)(huo)性(xing)物質(zhi)(zhi)與電(dian)(dian)(dian)解(jie)(jie)液過(guo)早發生副反應而使電(dian)(dian)(dian)解(jie)(jie)液過(guo)快消耗(hao)進而影響循(xun)(xun)環(huan)。在(zai)電(dian)(dian)(dian)芯(xin)設(she)計時，若一(yi)極確認選(xuan)用循(xun)(xun)環(huan)性(xing)能(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)較差的(de)(de)材料(liao)(liao)，則另一(yi)極無需選(xuan)擇(ze)循(xun)(xun)環(huan)性(xing)能(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)較好(hao)的(de)(de)材料(liao)(liao)，浪(lang)費(fei)。
7、電(dian)解(jie)液量
電(dian)(dian)(dian)(dian)解(jie)(jie)(jie)液(ye)量不足(zu)對(dui)循(xun)環(huan)(huan)產生(sheng)(sheng)影響主(zhu)要有(you)三(san)個原(yuan)因，一(yi)是(shi)(shi)(shi)注液(ye)量不足(zu)，二是(shi)(shi)(shi)雖然注液(ye)量充(chong)足(zu)但是(shi)(shi)(shi)老(lao)化時間不夠或者(zhe)正(zheng)負(fu)極由于壓實過高(gao)等原(yuan)因造(zao)成(cheng)(cheng)的(de)(de)浸(jin)液(ye)不充(chong)分，三(san)是(shi)(shi)(shi)隨著(zhu)循(xun)環(huan)(huan)電(dian)(dian)(dian)(dian)芯內部電(dian)(dian)(dian)(dian)解(jie)(jie)(jie)液(ye)被消(xiao)耗(hao)(hao)(hao)完畢。第三(san)點，正(zheng)負(fu)極特(te)別是(shi)(shi)(shi)負(fu)極與電(dian)(dian)(dian)(dian)解(jie)(jie)(jie)液(ye)的(de)(de)匹(pi)配性的(de)(de)微觀表(biao)現(xian)為(wei)致密(mi)且穩定的(de)(de)SEI的(de)(de)形成(cheng)(cheng)，而(er)(er)(er)右眼可見的(de)(de)表(biao)現(xian)，既(ji)為(wei)循(xun)環(huan)(huan)過程中電(dian)(dian)(dian)(dian)解(jie)(jie)(jie)液(ye)的(de)(de)消(xiao)耗(hao)(hao)(hao)速度，不完整(zheng)的(de)(de)SEI膜(mo)一(yi)方面無法有(you)效阻(zu)止(zhi)負(fu)極與電(dian)(dian)(dian)(dian)解(jie)(jie)(jie)液(ye)發生(sheng)(sheng)副反應(ying)從而(er)(er)(er)消(xiao)耗(hao)(hao)(hao)電(dian)(dian)(dian)(dian)解(jie)(jie)(jie)液(ye)，一(yi)方面在(zai)SEI膜(mo)有(you)缺陷的(de)(de)部位會隨著(zhu)循(xun)環(huan)(huan)的(de)(de)進行而(er)(er)(er)重新生(sheng)(sheng)成(cheng)(cheng)SEI膜(mo)從而(er)(er)(er)消(xiao)耗(hao)(hao)(hao)可逆鋰(li)源和電(dian)(dian)(dian)(dian)解(jie)(jie)(jie)液(ye)。不論(lun)是(shi)(shi)(shi)對(dui)循(xun)環(huan)(huan)成(cheng)(cheng)百甚至(zhi)上千(qian)次(ci)的(de)(de)電(dian)(dian)(dian)(dian)芯還是(shi)(shi)(shi)對(dui)于幾(ji)十次(ci)既(ji)跳(tiao)水的(de)(de)電(dian)(dian)(dian)(dian)芯，若循(xun)環(huan)(huan)前電(dian)(dian)(dian)(dian)解(jie)(jie)(jie)液(ye)充(chong)足(zu)而(er)(er)(er)循(xun)環(huan)(huan)后電(dian)(dian)(dian)(dian)解(jie)(jie)(jie)液(ye)已經消(xiao)耗(hao)(hao)(hao)完畢，則增加電(dian)(dian)(dian)(dian)解(jie)(jie)(jie)液(ye)保(bao)有(you)量很(hen)可能就可以(yi)一(yi)定程度上提高(gao)其循(xun)環(huan)(huan)性能。
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