介绍锂离子电池的循环寿命与安全性
来源：宝鄂实业
2019-10-18 05:49
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这个副反应发生的温度范围大致在130℃~250℃之间，同样伴随着大量的热产生，进一步推高电池内部的温度。
一旦温度上升到内部连锁反应的门槛温度(约130℃)，锂离子电池内部将会自发的产生一系列的放热副反应，并进一步加剧电池内部的热量累积和温度上升趋势，这一过程还会析出大量的可燃性气体。当温度上升到内部溶剂和可燃性气体的闪点、燃点时，将会导致燃烧和爆炸等安全事故。
刚出厂的锂离子电池通过安全测试认证，并不代表锂离子电池在生命周期中的安全性。根据我们前面的分析，在长期的使用过程中，会发生负极表面的锂金属沉积，电解液的分解和挥发，正负极活性物质的脱落，电池内部结构变形，材料中混入金属杂质，以及其他很多非预期的变化，这些都会导致电池发生内短路，进而产生大量的热量。再加上外部的各种滥用情况，如过充、挤压、金属穿刺、碰撞、跌落、冲击等，也会导致电池在短时间内产生大量的热量，成为热失控的诱因。
在锂离子电池的使用过程中，没有绝对的安全性，只有相对的安全性。我们要尽量避免滥用的情况出现，降低危害事件发生的概率，同时也要从正负极材料、电解液、隔离膜等主要成分入手，选择化学稳定性和热稳定性优良的材料，具有良好的阻燃特性，在出现内外部热失控的诱因时，降低内部副反应的发热量，或者具有很高的燃点温度，避免热失控现象的发生。在电池结构和壳体设计上面，要充分考虑结构稳定性，达到足够的机械强度，能够耐受外部的应力，确保内部不发生明显的变形。此外，散热性能也是需要着重考虑的，如果热量能够及时的散发出去，内部的温度就不会持续上升，热失控也就不会发生。
锂离子电池的安全性设计，是系统论，单纯的以正极材料分解发热来衡量锂离子电池安全性并不全面。从系统的角度讲，磷酸铁锂电池不见得一定比三元材料的电池更安全，因为最终影响热失控的因素很多，正极材料分解所产生的热量仅仅是其中的一个因素。
电池用着用着，感觉不耐用，容量没有以前多了，这些都是循环寿命不断衰减的体现。接下来要讲两个跟锂离子电池长期稳定可靠使用相关的指标：循环寿命和安全性。
循环寿命的衰减，其实也就是电池当前的实际可用容量，相对于其出厂时的额定容量，不断下降的一种变化趋势。
对于理想的锂离子电池，在其循环周期内容量平衡不会发生改变，每次循环中的初始容量都应该是一定值，然而实际上情况却复杂得多。任何能够产生或消耗锂离子的副反应都可能导致电池容量平衡的改变，一旦电池的容量平衡状态发生改变，这种改变就是不可逆的，并且可以通过多次循环进行累积，对电池循环性能产生严重影响。
影响锂离子电池循环寿命的因素有很多，但其内在的根本原因，还是参与能量转移的锂离子数量在不断减少。需要注意的是，电池当中的锂元素总量并未减少，而是“活化”的锂离子少了，它们被禁锢在了其他地方或活动的通道被堵塞了，不能自由的参与循环充放电的过程。
那么，我们只要搞清楚这些本该参与氧化还原反应的锂离子，都跑哪儿去了，就能够搞清楚容量下降的机理，也就可以针对性的采取措施，延缓锂电池的容量下降趋势，提升锂电池的循环寿命。
1. 金属锂的沉积
通过前面的分析，我们知道锂离子电池当中是不应该存在锂的金属形态，锂元素要么是以金属氧化物、碳锂化合物的形态存在，要么是以离子的形态存在。
金属锂的沉积，一般发生在负极表面。由于一定的原因，锂离子在迁移到负极表面时，部分锂离子没有进入负极活性物质形成稳定的化合物，而是获得电子后沉积在负极表面成为金属锂，并且不再参与后续的循环过程，导致容量下降。
这种情况，一般有几种原因造成：充电超过截止电压；大倍率充电；负极材料不足。过充电或负极材料不足的时候，负极不能容纳从正极迁移过来的锂离子，导致金属锂的沉积发生。大倍率充电时，由于锂离子短时间内到达负极的数量过多，造成堵塞和沉积。
