
每一个锂电行业的人员都不得不考(kǎo)虑锂离子电池循环性能,而更长(zhǎng)的循环寿命意味着(zhe)更少的资源消耗。那么究竟什么什么决定着锂离子电池循环的性能的呢?
1、材料种类:
材料的选择是影响锂离子(zǐ)电池性能的第一(yī)要(yào)素。一个全电池的循环性(xìng)能,是由正极与电解液匹配后的循环性能、负极与电解液匹配后(hòu)的循(xún)环性能这两者中,较差的一者来决定的。材料的循环性能较差,一(yī)方面可能(néng)是在循环过程中晶体(tǐ)结构(gòu)变化过快(kuài)从而无法继续完成嵌锂脱锂,一方面可能是由于(yú)活性物质与对应电解液无法生成致密均匀的SEI膜造成活性(xìng)物质与电解液过(guò)早发(fā)生副(fù)反应而使电解液过快消耗进而影响循环。在电芯设计时,若一极确认选用循环性能较差的材料,则另一极无需选择循环性能较好的材料,浪费。
2、正负极压实:
正负极压实过高,虽(suī)然可以提高电芯的能(néng)量密度,但是也会一(yī)定程度上降低材料的循环性能。从理论来分析(xī),压(yā)实越大,相当于(yú)对材料的结构破坏越大,而材料的结构是保证锂离(lí)子电池可以循环使用的基础;此外,正负极压实较高的电芯难以保证较高的保(bǎo)液量,而保液量是电芯完成正常循环或更多次的循环的基础。
3、水(shuǐ)分:
过多的水(shuǐ)分会与正负极活性物质发生副反应、破坏其结构进而影(yǐng)响循环,同时水分过多也不利(lì)于SEI膜的形成。但在(zài)痕量的水分难以除去的同时,痕量的水也可(kě)以一定程度(dù)上保证电芯的性能。可惜文武对这个(gè)方面的切身经验几乎为零(líng),说不出太多的东西。大家有兴趣可以搜一搜论坛里(lǐ)面关于这个话题的资料,还是不少的。
4、涂布(bù)膜密度:
单一(yī)变量的考虑膜密度对循环的影响几乎是一个(gè)不可能的(de)任务。膜密度不(bú)一(yī)致要(yào)么带来容量的(de)差异、要么是电芯(xīn)卷绕或叠片层数(shù)的差异(yì)。对同型号同容量同材料的电芯而言,降(jiàng)低膜密度(dù)相当于增加一层或多层卷绕或叠片层数,对(duì)应增加(jiā)的隔膜可以吸收更多的电解液以保证循环。考虑到更薄(báo)的膜密度可以增加(jiā)电芯的倍率性(xìng)能、极片及裸电芯的烘烤(kǎo)除水也会容易些(xiē),当然太薄的膜密度涂布时的误差可能更难控制,活(huó)性物质中的大(dà)颗粒也可能(néng)会对涂布、滚(gǔn)压造成负面(miàn)影响,更多的层(céng)数意味着更多的箔材和隔膜,进而意味着更高的成本和更低的(de)能(néng)量密(mì)度(dù)。所以,评估时也(yě)需要均衡考量。
5、负极过量:
负极过量的原因除了需要考虑首次不可逆容量的影响和涂布膜密度偏差之外,对循环性能的影响也(yě)是一个考(kǎo)量。对于(yú)钴酸锂加石墨体系而言,负极(jí)石墨成为循环(huán)过程中的“短板”一方较为常见。若(ruò)负极过量不充足,电芯可能在循环前并(bìng)不析锂,但是(shì)循环几百次后正极结构变化甚微(wēi)但是负(fù)极结构被破坏严重而无法(fǎ)完全(quán)接收正极提供的锂离子从而析锂,造成容(róng)量过早下降(jiàng)。
6、电解液量:
电解液量不足对循(xún)环产(chǎn)生影响主要有三个原因,一是注液量不足,二是虽然注液量(liàng)充足但是老化时间不够或者正负极由于(yú)压实过高(gāo)等原(yuán)因造(zào)成的浸液不充分,三是(shì)随着循环电芯内部电解液被消耗完毕。不论是对循(xún)环成百甚至(zhì)上千次的(de)电芯(xīn)还是对于几十次既跳水的电芯,若循环前电(diàn)解液充足而循环后(hòu)电解液已经消耗(hào)完毕,则(zé)增加电解液保有量很可能就可以一(yī)定程度上提高(gāo)其循环性能。
7、测(cè)试的客(kè)观条件:
测试过程中的充放电倍率、截止电压、充(chōng)电截(jié)止电流、测试中的过充过放、测试房温度(dù)、测试过程中的突然中断、测试(shì)点(diǎn)与(yǔ)电芯的接触内阻等外界因素,都会或多或(huò)少影响循环(huán)性(xìng)能测试结果。另外,不同的材(cái)料对上述客观因素的敏感程度各不相同,统一测试标(biāo)准并且了解共性及(jí)重要材料(liào)的特性应该(gāi)就足够日常工作使用了。
如同木桶原则(zé)一样,诸多的影响电芯(xīn)循环性能的因素当中,最终的决(jué)定性因素,是诸多因素中的最短板。同时,这些影响因素之间,也都有着交互影响。在同样的材料和制(zhì)成能力下,越高的循环,往往意味着越低的能量密度(dù),找到刚好满足客户需求的(de)结合点,尽量保证电芯制成的一致性,方是最重要的任务所在。
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