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锂电池自放电影响因素及测量方法

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锂电池自放电影响因素及测量方法


锂离子电池自放电反应不可避免,其存在不仅导致电池本身容量的减少,还严重影响电池的配组及循环寿命。锂离子电池的自放电率一般为每月2%~5%,可以完全满足单体电池的使用要求。

然而,单体锂电池一旦组装成模块后,因各个单体锂电池的特性不是完全一致,故每次充放电后,各单体锂电池的端电压不可能达到完全一致 ,从而会在锂电池模块中出现过充或者过放的单体电池,单体锂电池性能就会产生恶化。随着充放电的次数增加,其恶化程度会进一步加剧,循环寿命相比未配组的单体电池大幅下降。因此 ,对锂离子电池的自放电率进行深入研究是电池生产的迫切需要。

   自放电的影响因素   

电池的自放电现象是指电池处于开路搁置时,其容量自发损耗的现象,也称为荷电保持能力。自放电一般可分为两种 :可逆自放电和不可逆自放电。损失容量能够可逆得到补偿的为可逆自放电,其原理跟电池正常放电反应相似。损失容量无法得到补偿的 自放电为不可逆自放电,其主要原因是电池内部发生了不可逆反应 ,包括正极与电解液反应、负极与电解液反应、电解液自带杂质引起的反应,以及制成时所携带杂质造成的微短路引起的不可逆反应等。自放电的影响因素如下文所述。

1 正极材料

正极材料的影响主要是正极材料过渡金属及杂质在负极析出导致内短路,从而增加锂电池的自放电。Yah-Mei Teng等人研究了两种LiFePO4正极材料的物理及电化学性能。研究发现原材料中以及充放电过程中产生铁杂质含量高的电池其自放电率高,稳定性差,原因是铁在负极逐渐还原析出,刺穿隔膜,导致电池内短路,从而造成较高的自放电。

2 负极材料

负极材料对自放电的影响主要是由于负极材料与电解液发生的不可逆反应。早在2003年,Aurbach等人就提出了电解液被还原而释放出气体,使石墨部分表面暴露在电解液中。在充放电过程中,锂离子嵌人和脱出时,石墨层状结构容易遭到破坏,从而导致较大自放电率。

3 电解液

电解液的影响主要表现为 :电解液或杂质对负极表面的腐蚀;电极材料在电解液中的溶解;电极被电解液分解的不溶固体或气体覆盖,形成钝化层等。目前,大量科研工作者致力于开发新的添加剂来抑....


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