離子電池結(jié)構(gòu)及原理簡介

鋰離子電池首次充放電過程中，負(fù)極和電解液的相界面上能夠形成一層鈍化膜。它在電極與電解液之間起到隔膜用途，是電子絕緣體卻是鋰離子的優(yōu)良導(dǎo)體，鋰離子可以經(jīng)過該鈍化層自由地嵌入和脫出，具有固體電解質(zhì)的特性，因此這層鈍化膜被稱為固體電解質(zhì)界面膜(solidelectrolyteinterface)，簡稱SEI。鋰離子電池重要由正負(fù)極材料、電解液、隔膜、集流體和電池外殼組成，正負(fù)極材料由兩種不同的鋰離子嵌入化合物組成。充電時，鋰離子從正極上脫嵌下來通過電解液經(jīng)隔膜嵌入負(fù)極，放電時則相反。

電池材料老化衰退的影響

鋰離子電池充放電循環(huán)的過程即為鋰離子通過電解液在正負(fù)極材料之間來回脫嵌、移動的過程。在鋰離子電池循環(huán)過程中，除在正負(fù)極發(fā)生氧化還原反應(yīng)外，還存在大量副反應(yīng)。假如能將鋰離子電池的副反應(yīng)降至低水平，使鋰離子通過電解液始終能順暢地往返于正負(fù)極材料之間，就能使鋰離子電池的循環(huán)壽命得以新增。鋰離子電池過充時，從正極上脫出的過量的鋰離子會沉積或嵌入到負(fù)極上，沉積的活性鋰易與溶劑反應(yīng)，放出熱量使電池溫度升高。正極受熱分解放出氧氣使電解液易分解并出現(xiàn)大量的熱[25]。當(dāng)鋰離子電池的放電電壓低于放電截止電壓時，就形成了過放電。在過放電的過程中，鋰離子從負(fù)極上會過度脫出，下次充電時再嵌入會比較困難。余鐘寶等[26]對以MCMB為負(fù)極、LiCoO2為正極的電池過放電到0V時，銅箔集流體遭到比較嚴(yán)重腐蝕，負(fù)極SEI膜遭破壞，再次形成的SEI膜性能較差，使負(fù)極阻抗增大、極化增強。電池在過放電以后的循環(huán)過程中放電容量、充放電效率大為降低。

設(shè)計和制造工藝的影響

在電池設(shè)計過程中，材料的選擇是最重要的因素。不同的材料性能特性不同，所研發(fā)的電池性能也有差距。正負(fù)極材料匹配的循環(huán)性能好，電池的循環(huán)壽命才會長。電解液在電池可逆容量的影響上也是十分重要的因素。電極材料脫、嵌鋰離子的過程始終是與電解液相互用途的過程，這種相互用途對電極材料的界面狀況和內(nèi)部結(jié)構(gòu)的變化有重要影響[3]。在與正負(fù)極材料相互用途的過程中電解液會損耗，另外在電池化成形成SEI膜和預(yù)充電時，也會消耗部分電解液，因此電解液的種類和注液量也影響著電池壽命。

在配料方面，要注意正、負(fù)材料的添加量。一般來說，設(shè)計裝配過程中一般要求負(fù)極容量相對正極過量一些，假如不過量，在充電過程中負(fù)極會析出鋰，形成鋰枝晶從而影響安全性。負(fù)極相對正極過量太多，正極可能過度脫鋰，造成結(jié)構(gòu)坍塌。鋰離子電池的制造工藝流程重要包括：正負(fù)極配料、涂布、制片、卷繞、入殼、注液、封口、化成等。在電池生產(chǎn)過程中，對每一步的流程都要求非常嚴(yán)格。任何一個流程沒有控制好都有可能影響電池循環(huán)性能。

在正負(fù)極配料過程中，應(yīng)注意粘結(jié)劑的添加量、攪拌速度、漿料的濃度、溫濕度，并保證物料能夠分散均勻。

循環(huán)過程中充放電制度的影響

鋰離子電池的使用過程即充放電循環(huán)的過程，充放電電流的大小、充放電截止電壓的選擇及采用何種充放電方式等充放電制度對鋰離子電池的循環(huán)壽命也有很重要的影響。凡盲目增大電池的工作電流、新增充電截止電壓、降低放電截止電壓等都會使電池性能下降。

通過分析可知，無論在設(shè)計制造還是使用過程中，影響鋰離子電池循環(huán)壽命的因素是多方面的。鋰離子電池的應(yīng)用越來越廣泛，對鋰離子電池的需求在數(shù)量和質(zhì)量上都提出更高的要求。循環(huán)壽命直接影響鋰離子電池的使用時間和品質(zhì)，因此生產(chǎn)者對其影響因素的研究是十分必要的。只有在研發(fā)和生產(chǎn)過程中將影響循環(huán)壽命的各個因素都把握好，公司才能在激烈的市場競爭中占據(jù)主動地位。消費者在使用過程中應(yīng)注意鋰離子電池的特性，根據(jù)說明書的提示正確使用電池。