钜大LARGE | 点击量：746次 | 2019年06月14日
锂电池衰退的原因有哪些你知道吗？
据外媒报道，由于储能密度高，金属氧化物、硫化物和氟化物等材料，是前景极好的电动汽车锂离子电池电极材料。但是，它们的储能能力衰退很快。日前，科学家们通过研究一种带有氧化铁电极的锂离子电池发现，电池充放电超过100次后产生的损耗，是由氧化锂积累和电解质分解造成的。
研究过程中用到的氧化铁电极，由廉价无毒的磁铁矿制成。比起目前的电极材料，磁铁矿等转换型电极材料（即和锂发生反应时转换为全新产物），可以储存更多的能量，因为它们可以容纳更多锂离子。“然而，这些材料的储能能力衰减非常快，并且依赖于电流密度。例如，我们对磁铁矿的电化学测试显示，磁铁矿的容量在前10个高速充放电周期内急速下降。”此项研究负责人、功能纳米材料中心（CFN）电子显微镜小组的领导DongSu表示。CFN是设于布鲁克海文国家实验室内的美国能源部科学用户设施办公室。
为了找出循环不稳定的原因，科学家们试图观察，当电池完成100次循环后，磁铁矿的晶体结构和化学性质变化情况。他们结合透射电子显微镜（TEM）和同步X射线吸收光谱（XAS），进行研究。TEM的电子束通过样本传输，产生特征物质的结构图像或衍射图案，XAS利用X射线来探测材料的化学性质。
科学家们利用这些技术发现，第一次放电时，磁铁矿完全分解成金属铁纳米颗粒和氧化锂。但在接下来的充电过程中，这种转化反应并不是完全可逆的，金属铁和氧化锂的残留物仍然存在。此外，磁铁矿原始的“尖晶石”结构在带电状态下演化为“岩盐”结构（在两种结构中，铁原子的位置并不完全相同）。在随后的充放电循环中，岩盐氧化铁与锂相互作用，形成氧化锂与金属铁纳米颗粒的复合物质。因为转化反应不是完全可逆的，这些残余产物会逐渐积累起来。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。
在研究结果的基础上，科学家们提出一种储能能力衰退的解释。CFN电子显微镜小组的科学家、共同首席作者SooyeonHwang说，“由于氧化锂的电子导电性较低，它的积累会对在电池正负极之间穿梭的电子形成屏障，我们把它叫做内部钝化层。同样，电解质分解也会形成表面钝化层，阻碍离子传导。这些障碍累积起来，阻碍电子和锂离子到达发生电化学反应的活性电极材料。”
符合Exic IIB T4 Gc防爆标准
充电温度：0~45℃
-放电温度：-40~+55℃
-40℃最大放电倍率：1C
-40℃ 0.5放电容量保持率≥70%
科学家们指出，在低电流下运行电池，可以通过减慢充电速度，恢复部分容量为电子传输提供足够的时间；然而，要彻底解决这一问题，还需要其他方案。他们认为，在电极材料中添加其他元素和改变电解质，可以改善容量衰减。
18650锂电池容量是该型号电池最重要的性能参数，也是决定电池价格的根本要素，厂家可以设计不同容量的18650锂电池，这由原材料与工艺所决定。
18650锂电池容量是许多工业用户和消费者个人所关心的，这是因为，18650锂电池容量越大，则使用时间越长，可以为用户提供更长时间的供电，但在同一体系下，18650锂电池容量高会带来价格高的负面作用，所以，容量和价格平衡非常重要。
目前，国内可以见到的18650电池芯主要有国外的三洋、松下、三星、LG等，国内的深圳比克相对优势更大一些，此外还有天津力神等。
在上述电池生产厂家中，18650锂电池容量分布在1000mAh到3000mAh之间，但技术比较成熟的一般是在1800mAh到2600mAh之间，这是因为，18650锂电池容量太低，会影响电池有效工作时间，在适用性上存在问题。而18650锂电池容量太高，则成本上升较大，而且，非特殊领域过高容量的18650锂电池意义也不是很大。
在电池体积已经固定的情况下，提高18650锂电池容量的方法主要是多塞活性物质以及提高活性物质的克比容量。18650锂电池容量提升是一个历史过程，从上世纪90年代的600mAh一直发展到目前的3000mAh。在提高18650锂电池容量的过程中，日系企业做出了杰出的贡献。
18650锂电池容量是厂家的主要卖点，此外，相同容量的18650锂电池电芯品牌也是影响价格的因素，一般来说，进口品牌比同类型的国产品牌价格高，前面说了，决定18650锂电池容量的主要因素还有原材料结构，因而从正极来看，采用钴酸锂、锰酸锂和三元材料、磷酸铁锂的价格会有差异。
因为容量对价格的主导作用，市面上的18650锂电池容量会存在虚标现象，比如，把容量为2200mAh的18650锂电池容量标为2600mAh，这是欺骗消费者的行为，容量不达标往往由人工养料造成所以，用户要认准正宗厂家的牌子。
18650锂电池容量是否达标不但影响用户体验，从长期来看，对生产厂家也是考验，消费者购买电池时，没必要纠结于国外原装电池，因为国内封装厂也会采用进口锂电池，其18650锂电池容量并无不同，重要的是这些18650锂电池容量是真实的。
美国宇航局喷气推进实验室业已研制成功一种新型的锂阳极电化学电池，从而提高了充电锂电池的充电放电循环次数。尽管老式的二级锂电池贮电性能较好，但循环寿命较短，这是因为锂电池的组成在物理性质和化学性质上是不相容的，经几次循环，阴极易于分解。
新型锂电池采用与电解液相容的材料，这种材料是湿润的，且化学成份是稳定的。电介质的蒸发力低，电化学稳定性好，从而改进了电池的包装和安全性。而且这种电池可在低于100℃的中温条件下进行运行，因而适用于机动车、通讯和其它多方面。
这种新型锂电池除具有锂阳极外，还有二硫化钛阴极和由LIA3F6组成的电极。分液器外涂有表面活化剂，在阴极中含有一种特殊结合力的配方，与新型电极相容。结果表明，此种电池的循环寿命是性能最佳电池的2倍。
以砜为主的电介液，如3MeS是一种杂环化合物，之所以选择此类化合物作电介液是因为它们具有比通常所使用的2MeTHF电介液抗氧化和抗还原作用都强。此外，该电介液还具有溶点较低，沸点较高的特点，因而使用温度较广。但同时它们又具有极高的极性，不能使分液器非极性材料变湿润。所以，在分液器表层需涂味哇琳或硅-乙二醉咪锉啉作表面活化剂。这些物质可以使电介液将分液器变潮，而不影响电极的稳定性。
下一篇：简单介绍锂离子电池失效原因
