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影响锂离子电池循环性能的因素

发布时间：2017-7-6 2:18:21，发布者：

随着科技的发展和技术的日益成熟，锂电子电池的应用也越来越广泛。锂离子电池在经过多个周期充放电循环后会出现电池容量等性能下降的现象。锂离子电池充放电循环过程是一个复杂的物理化学反应过程，其循环寿命影响因素是多方面的。一方面与电池本身的特性相关，例如设计、制造工艺和材料性能退化等；另一方面与电池使用过程中的环境因素有关，例如使用环境和充放电制度等。下面就对影响锂离子电池循环寿命的因素进行分析。

一．设计和制作工艺

1、水分

过多的水分会与正负极活性物质发生副反应、破坏其结构进而影响循环，同时水分过多也不利于SEI膜的形成，但在痕量的水分难以除去的同时，痕量的水也可以一定程度上保证电芯的性能。

2、正负极压实

正负极压实过高，虽然可以提高电芯的能量密度，但是也会一定程度上降低材料的循环性能，从理论来分析，压实越大，相当于对材料的结构破坏越大，而材料的结构是保证锂离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、负极过量

对于钴酸锂加石墨体系而言，负极石墨成为循环过程中的"短板"一方较为常见，若负极过量不充足，电芯可能在循环前并不析锂，但是循环几百次后正极结构变化甚微但是负极结构被破坏严重而无法完全接收正极提供的锂离子从而析锂，造成容量过早下降。

4、涂布膜密度

膜密度不一致要么带来容量的差异、要么是电芯卷绕或叠片层数的差异，对同型号同容量同材料的电芯而言，降低膜密度相当于增加一层或多层卷绕或叠片层数，对应增加的隔膜可以吸收更多的电解液以保证循环，考虑到更薄的膜密度可以增加电芯的倍率性能、极片及裸电芯的烘烤除水也会容易些，当然太薄的膜密度涂布时的误差可能更难控制，活性物质中的大颗粒也可能会对涂布、滚压造成负面影响，更多的层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能量密度，所以，评估时也需要均衡考量。

5、材料种类

材料的选择是影响锂离子性能的第一要素，从材料角度来看，一个全电池的循环性能，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的循环性能这两者中，较差的一者来决定的，材料的循环性能较差，一方面可能是在循环过程中晶体结构变化过快从而无法继续完成嵌锂脱锂，一方面可能是由于活性物质与对应电解液无法生成致密均匀的SEI膜造成活性物质与电解液过早发生副反应而使电解液过快消耗进而影响循环。

二．电池使用时的环境因素

1.温度环境

温度环境过低或过高都会影响锂电池的循环寿命。锂离子电池在低温下放电容量减少,由于锂离子在低温下从负极脱出较为容易，嵌入较为困难。充电时金属锂会出现并与电解液发生反应，形成新的SEI 膜覆盖在原来的SEI 膜上，使电池的阻抗增大从而导致电池的容量下降。高温下锂离子电池的充放电循环是不稳定，高温导致电池的电极电化学极化加剧和气体的产生，造成鼓胀现象，同时电荷传输电阻增加，离子传输动力学性能降低。

2.运输过程

使用锂离子电池的设备在运输或正常工作的情况下，有可能会经受振动、冲击、碰撞等条件的考验。某些锂电池在与系统通信时进行充放电并根据一定频率接收数据信息。设备振动时的频率有可能对电池产生干扰，从而引起芯片数据出错或引发保护电路动作。强振动或冲击下，锂离子电池的极耳、外部的连线、接线柱、焊点等可能会折断或脱落，电池极片上的活性物质也可能剥落，这都会影响电池的寿命甚至产生危险的情况。

三. 循环过程中充放电制度

锂离子电池的使用过程即充放电循环的过程，充放电电流、充放电截止电压以及采用何种充放电方式等充放电制度对锂离子电池的循环寿命也有很重要的影响。凡盲目增大电池的工作电流、增加充电截止电压、降低放电截止电压等都会使电池性能下降。