造成锂离子电池容量不同的原因

造成锂离子电池容量不同的原因

锂离子电池是继镍镉、镍氢电池之后发展最快的二次电池.由于其具有比能量高、工作电压高、自放电率低、循环寿命长、环境污染小等独特优势,现已用作高速发 展的小型电子产品的电源,也很有希望用作大型动力电池的电源.锂离子电池的应用很大程度上取决于其充放电循环的稳定性,与其他二次电池一样,锂离子电池在 循环过程中容量衰减是难以避免的.由于锂离子电池在充放电过程中过充电或过放电、电解液分解、SEI 膜的形成、活性物质的溶解及其他因素会导致电池容量 损失,因此分析锂离子电池容量衰减的原因,对我们进行研究开发及生产应用有着重要的作用,也有利于提高我们产品的品质.
一、锂离子电池工作原理
锂 离子电池是指分别用两种能可逆嵌入与脱嵌锂离子的层间化合物作正负极活性物质而构成的二次电池,目前生产中普遍采用高嵌脱锂电位的LiCoO2 类材料为 正极,低嵌脱锂电位的碳类材料为负极.锂离子电池在最初的充电循环中,在碳负极材料会出现化学/电化学反映过程,分别对应有机电解液的分解和锂离子的嵌 入,伴随形成SEI 膜.目前常用的有机溶剂有碳酸丙烯酯（PC）、碳酸乙烯酯（EC）、碳酸二乙酯（DEC）、碳酸二甲酯（DMC）和碳酸甲基乙基酯 （EMC）等,电解质一般用锂盐有LiBF6、LiPF4、LiAsF6 和LiCIO4 等.隔膜用PP 微孔薄膜或PE 微孔薄膜.电极反应如下：
正极：LiCoO2充电→← 放电Li1 － xCoO2＋xLi＋＋xe－20
负极：6C ＋ xLi ＋ ＋ xe －充电→← 放电 LixC6
总的反应为：6C ＋ LiCoO2充电→← 放电 Li1－xCoO2＋LixC6
充 电时,锂离子从LiCoO2 中立方紧密堆积氧层中八面体位置发生脱嵌,释放一个电子给Co3＋,其氧化为Co4＋；放电时,锂离子嵌入到八面体位置得到 一个电子,Co4＋还原为Co3＋.负极中当锂离子插入到石墨层中后石墨结构与此同时从外电路得到一个电子使得负极电荷平衡.与其它二次电池一样,锂离子 经充放电循环后存在容量损失问题,导致这些问题的原因有很多,有材料方面也有制造工艺方面的因素.
二、容量损失原因分析
1.过充电
所谓过充电就是超过规定的充电终止电压（一般为4.2V）而继续充电的过程.在过充的情况下会造成电池容量的衰减,主要有如下因素：①石墨负极的过充反应；②正极过充反应；③电解液在过充时氧化反应.电池在过充时,锂离子容易还原沉积在负极表面：Li＋＋e→Li（s）
沉 积的锂包覆在负极表面,阻塞了锂的嵌入.导致放电效率降低和容量损失,原因有：①可循环锂量减少；②沉积的金属锂与溶剂或支持电解质反应形成 Li2CO3,LiF 或其他产物；③金属锂通常形成于负极与隔膜之间,可能阻塞隔膜的孔隙增大电池内阻.快速充电,电流密度过大,负极严重极化,锂的沉 积会更加明显.正极过充导致容量损失主要是由于电化学惰性物质（如Co3O4,Mn2O3 等）的产生,破坏了电极间的容量平衡,其容量损失是不可逆的.
LiyCoO2→（1－y）/3[Co3O4＋O2（g）]＋yLiCoO2 y