电动汽车锂电池衰退的原因到底是什么？
来源：宝鄂实业
2019-06-26 11:10
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锂电池主要是通过内部电极氧化反应，将化学能转化成电能的，锂电池内部结构由电池的正极和负极材料以及电解液所构成的，当电池反复的充放电的时候，电池内部的电机会使电池本体材料电极会产生晶体，引起电池内部导电性能下降，也就是锂离子的活性出现了下降，那么从而就会导致它的阻值增加，最后会影响到电池容量的衰减，其实，从实际的环境来看的话，影响到电池衰退，有充放电的电压，甚至是包括电池的充放电的功率以及环境的温度。
目前，新能源汽车电池主要使用的是三元锂电池，那么对于三元锂电池来脚最大的点就是会怕环境的高温，从而会影响到它的使用的寿命，当然了，这个也会影响到能量密度，正在电动汽车做功的功率上面来讲，产生电池衰退主要是由于车辆在使用的过程当中，为满足不同的驾驶工况而采用不同的充放电倍率，充放电倍率越大，电池容量衰减的越快，其实也主要就是由于材料的结构和性质的改变，使得其内部的离子扩散变得相对来说比较困难。
对于电池来讲，内阻不一致的话，就会是他内部的电流电压分配不均匀，从而会导致局部的单个电池出现欠压的一种情况，综合来看的话，影响动力电池组寿命的因素，其实还是非常多的，当然各种因素也都是相互影响着，目前的锂离子动力电池的衰退也是不可避免的情况，随着对动力电池的技术不断的提高，解决电池容量衰退的相关问题用以延长动力电池的使用寿命显得十分重要。当然，这对电动汽车的发展来说也是至关重要的。
“磁铁矿，以及其他转换型电极材料（即与锂反应时转化成全新产品的材料），可以比现在的电极材料储存更多的能量，因为它们可以容纳更多的锂离子，”研究负责人、功能纳米材料中心电子显微镜组(CFN)组长——布鲁克海文国家实验室美国能源部（DOE）科学用户设施办公室。“然而，这些材料的能力下降非常快，并取决于电流密度。例如，我们对磁铁矿进行的电化学测试表明，磁铁矿的容量在前10个高速充电和放电循环中迅速下降。”
为了找出这种不良循环稳定性背后的原因，科学家们描述了当电池完成100个循环时，磁铁矿的晶体结构和化学性质是如何演变的。在这些表征研究中，他们结合了CFN的透射电子显微镜（TEM）和阿贡国家实验室DOE科学用户办公室高级光子源（APS）的同步辐射X射线吸收光谱（XAS）。在透射电子显微镜（TEM）中，电子束通过样品传输，以产生具有材料结构特征的图像或衍射图样；XAS使用X射线束来探测材料的化学性质。
研究发现锂电池衰退的原因：氧化锂的积累和电解质分解
利用这些技术，科学家们发现磁铁矿在第一次放电时完全分解成金属铁纳米颗粒和氧化锂。在接下来的反应中，这种转化反应是不完全可逆的——金属铁和氧化锂的残留物仍然存在。此外，磁铁矿的原始“尖晶石”结构在带电状态下演化为“岩盐”结构（两种结构中铁原子的位置并不完全相同）。随着随后的充放电循环，岩盐氧化铁与锂相互作用，形成氧化锂与金属铁纳米粒子的复合物。由于转化反应不完全可逆，这些残余产物会累积。科学家们还发现电解质（使锂离子在两个电极之间流动的化学介质）在随后的循环中会分解。
“我们在超高真空中进行的实时透射电镜研究使我们能够了解到，在初始循环后，随着锂的引入，岩盐氧化铁的结构是如何变化的。这项研究独特地代表了预循环样品的原位岩化。先前的原位研究只研究了初始充放电循环。但是，我们需要知道在许多周期内会发生什么，才能设计出更持久的电池，因为充电电极的结构与原始状态不同。”
