锂电池容量为什么难以准确测定？容量缩水背后的真凶是什么？
来源：宝鄂实业
2019-04-25 10:23
点击量：次
2018年中国新能源汽车产销量逆势增长60%首次突破120万辆，保有量更是达到了220万辆以上，动力电池的装机量也达到了56GWh以上。在我们为新能源汽车产业快速发展欢欣鼓舞的同时，我们还必须面对新能源汽车逐渐进入报废期后，庞大数量的动力电池的回收处理问题。退役的动力电池继续应用在储能等领域能够有效的发掘动力电池价值，这也就是我们常说的梯次利用，然而有的锂离子电池在寿命衰降到80%以下后会发生容量跳水的现象，因此要满足锂离子电池梯次利用的需求就要首先解决寿命末期的动力电池容量跳水的现象。
关于锂离子电池容量跳水现象大量的研究表明，循环过程中锂离子电池的可逆容量突然跳水往往是由负极表面析Li造成的。德国弗劳恩霍夫硅酸盐研究所的TobiasC.Bach（第一作者，通讯作者）等人【1】对圆柱形锂离子电池在循环过程的容量跳水现象进行了研究，结果表明电芯内部压力的不均匀分布是造成锂离子电池在寿命末期容量跳水的关键因素。
锂离子电池根据外形结构可以分为软包和硬壳两大类，硬壳结构中电芯会承受一定的压力，而这种机械压力会对锂离子电池的阻抗等产生显著的影响【2】，压力过大或者过小都不利于锂离子电池性能的提升，而实际使用中电芯内部受到的压力还存在不均匀性，这会进一步导致电流分布的不运行，从而加速锂离子电池的衰降。
实验中采用的电池为来自E-OneMoliEnergy的IHR18650A电池，正极材料为NCM材料，负极为石墨材料，作者分别研究三种电池，电池A未经过循环，电池B在发生容量跳水阶段，电池C在容量跳水后。下图为三种电池的XRD衍射图谱，从图中能够看到尽管C电池发生了严重的容量衰降，但是NCM的晶体结构仍然没有发生大的改变。
虽然从XRD图中看NCM材料的晶体结构变化不大，但是我们计算材料的晶格参数a和c后发现，电池A、B和C中Li的含量却存在显著的不同（如下图所示），从下图中我们能够注意到电池A活性Li的损失最小，电池B的Li损失明显增多，而电池C的Li损失最大。
相比于正极，负极在寿命衰降中的变化更加明显，从下图A、B和C三种电池完全放电后的负极形貌能够发现，没有经过循环的电池A负极完全呈现黑色（石墨材料的颜色），而即将容量跳水的电池B的负极的中间位置则出现了部分的析Li现象，而容量跳水后的电池C负极表面更是出现了大面积的析Li现象。作者分析了A、B和C三只电池负极中的含Li量发现，在电池A的负极仅含有0.25mAh/cm2的Li，但是在电池B中负极中的含Li量就达到了0.55mAh/cm2，而在电池C的负极中黑色部分负极的含Li量为0.85mAh/cm2，在析Li部分的负极的含Li量则达到了1.87mAh/cm2，这表明大量失去活性的Li沉积在负极是造成电池容量跳水的主要因素。
关于锂离子电池容量跳水现象大量的研究表明，循环过程中锂离子电池的可逆容量突然跳水往往是由负极表面析Li造成的。德国弗劳恩霍夫硅酸盐研究所的TobiasC.Bach（第一作者，通讯作者）等人【1】对圆柱形锂离子电池在循环过程的容量跳水现象进行了研究，结果表明电芯内部压力的不均匀分布是造成锂离子电池在寿命末期容量跳水的关键因素。
锂离子电池根据外形结构可以分为软包和硬壳两大类，硬壳结构中电芯会承受一定的压力，而这种机械压力会对锂离子电池的阻抗等产生显著的影响【2】，压力过大或者过小都不利于锂离子电池性能的提升，而实际使用中电芯内部受到的压力还存在不均匀性，这会进一步导致电流分布的不运行，从而加速锂离子电池的衰降。
实验中采用的电池为来自E-OneMoliEnergy的IHR18650A电池，正极材料为NCM材料，负极为石墨材料，作者分别研究三种电池，电池A未经过循环，电池B在发生容量跳水阶段，电池C在容量跳水后。下图为三种电池的XRD衍射图谱，从图中能够看到尽管C电池发生了严重的容量衰降，但是NCM的晶体结构仍然没有发生大的改变。
虽然从XRD图中看NCM材料的晶体结构变化不大，但是我们计算材料的晶格参数a和c后发现，电池A、B和C中Li的含量却存在显著的不同（如下图所示），从下图中我们能够注意到电池A活性Li的损失最小，电池B的Li损失明显增多，而电池C的Li损失最大。
相比于正极，负极在寿命衰降中的变化更加明显，从下图A、B和C三种电池完全放电后的负极形貌能够发现，没有经过循环的电池A负极完全呈现黑色（石墨材料的颜色），而即将容量跳水的电池B的负极的中间位置则出现了部分的析Li现象，而容量跳水后的电池C负极表面更是出现了大面积的析Li现象。作者分析了A、B和C三只电池负极中的含Li量发现，在电池A的负极仅含有0.25mAh/cm2的Li，但是在电池B中负极中的含Li量就达到了0.55mAh/cm2，而在电池C的负极中黑色部分负极的含Li量为0.85mAh/cm2，在析Li部分的负极的含Li量则达到了1.87mAh/cm2，这表明大量失去活性的Li沉积在负极是造成电池容量跳水的主要因素。
