锂离子电池的性能及保养方法有哪些？

来源：宝鄂实业 2019-08-08 08:09 点击量：次

由于成本、性能等因素的限制，目前商用的锂离子电池电解液普遍采用LiPF6作为电解质盐，但是在锂离子电池中含有少量水分的情况下，LiPF6非常容易发生自催化反应产生HF，HF对正极材料的腐蚀会造成过渡元素的溶解，特别是Mn元素的溶解后会迁移到负极表面，破坏SEI膜，引起锂离子电池容量下降、内阻增大，这也是造成锂离子电池性能下降的主要因素之一。

近日以色列巴伊兰大学的AnjanBanerjee 设计了一款具有对电解液中的HF等路易斯酸进行净化功能的隔膜，从根本上避免因为HF而引起的一系列问题，显著提升锂离子电池的性能。AnjanBanerjee 采用偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物作为隔膜的骨架，4-乙烯基吡啶（DVB-4VP）作为主要的功能材料添加在隔膜内，隔膜的厚度为30um，孔隙率为43%，DVB-4VP的含量为2mg／cm2。实验显示多功能隔膜的性质与传统的商业隔膜性质非常相近。

为了验证隔膜的性能，Anjan Banerjee 分别采用LMO／Li和NMC622／Li扣式电池和LMO/石墨和NMC622/石墨方形电池进行了电化学性能评估，下图为LMO／石墨电池在55℃下循环性能，红色的为空白对照组，蓝色的功能隔膜实验组。高温下电池的容量衰降会加速发生，因此能更加有效的检验隔膜的有效性。从下图我们可以看到在经过四个周约180次循环后，空白对照组的容量损失约71%，而功能隔膜组容量损失为39%。

而从图b中我们注意到，NMC622材料虽然经过了高温循环，但是晶体结构没有发生变化，这表明NMC622材料的晶体结构非常稳定，其在高温下的容量损失主要是因为SEI膜生长造成的内阻增加，使得容量不能充分发挥。

AnjanBanerjee 根据上述实验数据和半电池的实验数据分析认为造成NMC622材料容量损失的主要因素并不是Li+的损失，而是SEI膜生长造成的内阻增加，这一推断也得到了电池交流阻抗图谱EIS的验证。下图为LMO/石墨电池和NMC622/石墨电池的EIS图谱，从图上可以注意到对于LMO材料，功能隔膜降低电池内阻的效果更加明显，中高频阻抗分别下降了2.5倍。对于NMC622材料而言，功能隔膜降低电池阻抗的效果就不那么明显了，相比于对照组高频阻抗仅下降25%，中频阻抗下降约2倍。

综合上面数据来看，Anjan Banerjee开发的这款具有自净化功能的隔膜，能够有效的中和电解液中的酸性物质，减少由这些酸性物质导致的副反应，明显降低由此导致的过渡金属元素溶解，进而减少过渡金属元素对负极SEI膜的破坏，减少电池内阻的能加，从而有效的提升锂离子电池的循环性能。这对于含Mn元素较多的NMC材料和锰酸锂材料而言非常重要，减少电解液中的HF能够有效的提升采用这些材料的循环性能。

锂离子电池的缺点

1、错误使用存在安全隐患：由于锂离子电池组成物质非常活跃，若使用错误将会出现电解液分解、燃烧甚至爆炸的重大事故。

2、不同放电倍率对电池的可用容量影响较大。

3、过充电和过放电均会对电池造成不可恢复的损害：针对以上的缺点，一般大容量的锂电池组均采用了保护装置来监视电池的使用过程。

4、低温下电池性能明显恶化，放电平台下降、输出功率减小、可用电量衰减等。

1、具有电子绝缘性，保证正负极的机械隔离；

2、有一定的孔径和孔隙率，保证低的电阻和高的离子电导率，对锂离子有很好的透过性；

3、耐电解液腐蚀，有足够的化学和电化学稳定性，这是由于电解质的溶剂为强极性的有机化合物；

4、具有良好的电解液的浸润性，并且吸液保湿能力强；

5、力学稳定性高，包括穿刺强度、拉伸强度等，但厚度尽可能小；

6、空间稳定性和平整性好；

7、热稳定性和自动关断保护性能好；