锂电池损耗的原因有哪些?

锂电池损耗的原因有哪些?缩略图

锂在两个电极间发生嵌入反应时具有不同的嵌入能量,而为了得到电池的最佳性能,两个宿主电极的容量比应该保持一个平衡值。在锂离子电池中,容量平衡表示成为正极对负极的质量比,

即:γ=m+/m-=ΔxC-/ΔyC+

式中C指电极的理论库仑容量,Δx、Δy分别指嵌入负极及正极的锂离子的化学计量数。

从上式可以看出,两极所要的质量比依赖于两极相应的库仑容量及其各自可逆锂离子的数目。一般说来,较小的质量比导致负极材料的不完全利用;较大的质量比则可能由于负极被过充电而存在安全隐患。总之在最优化的质量比处,电池性能最佳。

以上只是理想的锂离子电池系统,在其循环周期内容量平衡不会发生改变,实际情况却复杂得多。任何能够出现或消耗锂离子或电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,对电池性能出现严重影响。

在锂离子电池中,除了锂离子脱嵌时发生的氧化还原反应外,还存在着大量的副反应,如电解液分解、活性物质溶解、金属锂沉积等。

容量衰减的可能原因有什么?

1.电池的自放电

自放电是指电池在未使用状态下,电容量自然损失的现象。锂离子电池自放电导致容量损失分两种情况:一是可逆容量损失;二是不可逆容量的损失。可逆容量损失是指损失的容量能在充电时恢复,而不可逆容量损失则相反,正负极在充电状态下可能与电解质发生副反应(微电池反应),发生锂离子嵌入与脱嵌,正负极嵌入和脱嵌的锂离子只与电解液的锂离子有关,正负极容量因此不平衡,充电时这部分容量损失不能恢复。

如正极和溶剂的反应:LiyMn2O4+xLi++xe→Liy+xMn2O4

溶剂分子(如PC)在导电性物质碳黑或集流体表面上作为微电池负极氧化:xPC→xPC-自由基+xe;

负极和溶质LiPF6的还原反应

PF5+xe→PF5-x

充电状态下的碳化锂作为微电池的负极脱去锂离子而被氧化:

LiyC6→Liy-xC6+xLi++xe

2.电极不稳定性

包括电极在充放电/循环过程中结构变化,正极由于结构缺陷造成的溶解

3.集流体的腐蚀

铜和铝分别是负极和正极集流体最常用的材料。

集流体腐蚀与电解液有关,在LiPF6-EC/DMC电解液中,电压为4.2V(vs.Li/Li+)即可腐蚀铝箔,铝箔无论是在空气中还是在电解液中都比较容易在表面形成氧化物膜,同时,集流体表面全面腐蚀和局部腐蚀(如点蚀)以及粘附性差等原因都会使得电极反应阻力增大,电池内阻新增,导致容量损失和放电效率降低。铜集流体在使用过程中腐蚀生成一层绝缘腐蚀产物膜。致使电池内阻增大,循环过程中放电效率下降,造成容量损失。

另外还有使用过程中的过充、过放,电解液的分解都会引起锂离子电池容量的损失。

1、电池保护电路不良或无保护电路:这种情况往往发生在可拆卸电池的手机中,很多用户喜欢购买相对廉价的非原厂电池,而这些电池为了最大程度的压榨利润,通常会偷工减料,电池本身的保护电路容易出现问题,出现电芯膨胀的情况。关于锂离子电池而言,电芯膨胀到一定程度就会发生爆炸。

2、充电器性能不良:因为充电器导致电池出现问题的情况应该是最普遍的,很多情况下,用户可能都不会很在意手机充电器的选择,经常随手拿一款充电器进行充电。这些充电器可能是街边所售的廉价充电器,没有完善的保护电路系统,也可能是家用平板产品的充电器,其充电电流很可能会比较大,偶尔充电问题不大,但假如长时间使用,就很可能出现电池膨胀的情况。

尤其是一些用户喜欢边充边玩,使手机长时间处于一个较高的温度环境下,高温下持续浮充会导致电解液发生副反应,长时间这么做,会严重影响电池寿命,膨胀的问题也就很容易出现了。

3、手机长时间不使用:假如手机长时间不使用,电池也会出现膨胀的问题,这是因为长期储存电池,电压会降到2V以下,内部会出现化学反应,导致锂离子电池气鼓,这也是很多朋友在拆解旧手机时普遍会发现手机电池鼓包的原因。所以假如要长期存放电池,最靠谱的办法是定期将其充电到半充状态。

如何防范问题出现

通常,我们使用的锂离子电池有锂离子聚合物和锂离子电池两种,前者没有电解液,出问题是先膨胀,胀破外壳才会起火,不会突然爆炸,有一定预警性,相对安全一点。我们在可以选择的情况下,尽量购买这种电池。

关于用户来说,日常充电最好使用手机直接充电(即使电池可拆卸),并且采用原装充电器进行充电。尽量防止用第三方充电器,或者万能充(对可拆卸电池来说)。不要图便宜购买第三方兼容电池(电池可拆卸),手机充电时尽量不要玩大型游戏或运行易使手机发热的程序。

锂电池损耗的原因有哪些?插图
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东莞市环宇源科技有限公司成立于2009年,是一家致力于研发和生产锂离子电池组和便携式移动电源的国家高新技术企业,并提供家用型储能电源解决方案和OEM/ODM生产服务。我们拥有研发团队30余人,己获得100多项外观专利,发明专利,实用新型技术专利等。


环宇源生产工厂位于东莞黄江镇环宇源科技园内,占地面积8000平米,建筑面积近2万平米,员工人数400余人。工厂已通过IS09001认证和ISO14001认证。工厂内建立了完整的6S现场管理体系,QC团队约40人,从来料检测到出货检验均有严格管控。目前公司产品出口到多个国家和地区,产品通过UL,IEC,PSE, KC, CE, FCC等多种国际产品认证,海外市场份额占公司营收45%以上。

公司生产的便携式储能电源,可满足户外活动,自驾出行,抢险救灾,停电应急等场景的用电需求。依托环宇源多年来的电池技术积累累,大力发展便携式移动储能电源,我们有志于成长为行业内领先的储能电源制造商。

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