定制热线: 400-678-3556

电池博客

锂离子电池"内压增加"="容量衰降"?

来源:宝鄂实业    2019-04-08 17:10    点击量:

锂离子电池中负极电势较低,因此会导致电解液在其表面发生还原反应,产生的分解产物就成为了我们常说的SEI膜,SEI膜电子绝缘,但是能够导通Li+,因此良好的SEI膜能够有效的抑制电解液的分解,提升锂离子电池的循环寿命,但是SEI膜实际上并不能完全阻止电解液的分解,首先是由于初期的SEI膜较薄,因此部分电子还能够扩散到SEI膜的表面,导致电解液的继续分解,随着SEI膜的增厚电子扩散的难度变的越来越大,因此SEI膜的生长速度也会相应的降低.其次,在负极嵌锂过程中会发生体积膨胀导致SEI膜的破坏,新鲜的电极表面裸露出来从而导致电解液持续分解和SEI膜的持续生长,因此在锂离子电池循环过程中SEI膜会发生持续的生长,导致负极厚度的增加,从而在电池内部产生压力.

 

从上面的分析不难看出SEI膜的生长与电极内部压力的增加之间存在密切的关系,同时SEI膜的生长也与锂离子电池的可逆容量衰降之间存在密切的联系,因此我们能否通过监测锂离子电池内部压力的变化来预测锂离子电池寿命衰降呢?近日加拿大达尔豪斯大学的A.J.Louli(第一作者)和J.R.Dahn(通讯作者)分析发现锂离子电池持续增长的压力与可逆容量损失之间存在紧密的关联,可以通过测量锂离子电池的内压变化实现对锂离子电池容量衰降速度的预测.

 

实验中A.J.Louli采用的电池为402035(40mm×20mm×3.5mm)软包结构电池,几种电池的材料体系如下表所示,正极分别采用了NCM、LCO和NCA,负极则分别采用了石墨、石墨+Si合金、石墨+SiO和Si:C体系,其中D和E虽然体系相同但是E的涂布量更大一些.

 

锂离子电池"内压增加"="容量衰降"?

 

在充电的过程中随着负极嵌锂体积发生膨胀,因此充电的过程中电池整体压力上升,在放电的过程中电池的压力则相应的下降.从下图b我们能够看到石墨负极在2L-2区域内体积几乎没有发生变化,因此电池的压力也出现了一个平台期.但是在电池B中由于负极中加入了Si合金,因此我们发现在这一压力变化平台区消失了,这主要是由于Si负极的体积膨胀远大于石墨,因此石墨在这一区域的平台期被Si合金的体积膨胀所抵消.

 

锂离子电池"内压增加"="容量衰降"?

 

电池A在循环过程中充放电过程中压力变化非常平稳,不可逆的压力增长非常小,而电池B在循环过程中则出现了非常大的不可逆压力增长.不可逆压力的持续增加通常是由于电极体积的持续增加导致,下图C分析了两种电池由于活性Li损失导致的不可逆容量损失,从图中能够看到电池A在循环中可逆容量损失非常小,而电池B在循环中活性Li的损失则在持续增加,活性Li的损失通常是由于负极SEI膜的持续增长导致的,持续增长的SEI膜会导致负极不断变厚,而这也与B电池的不可逆压力持续增加的现象一致.