三元材料鋰離子電池容量的衰減原因

一、正極材料的結構變化

正極材料是鋰離子的重要來源，當鋰離子從正極中脫出時候，為了維持材料電中性狀態，金屬元素必然會被氧化到達一個高的氧化態，這里就伴隨了組分的轉變。組分的轉變容易導致相轉移和體相結構的變化。電極材料相轉變可以引起晶格參數的變化及晶格失配，由此出現的誘導應力引起晶粒的破碎，并引發裂紋的傳播，造成材料的結構發生機械破壞，從而引起電化學性能衰減。

二、負極材料結構

商業化鋰離子電池組常用的負極材料有碳材料、鈦酸鋰等，本文以典型負極石墨進行分析。鋰離子電池容量的衰減第一次發生于化成階段，在這個階段會在負極表面形成SEI，消耗部分鋰離子。

三、電解液的氧化分解與界面反應

電解液的性質顯著影響鋰離子電池的比容量、壽命、倍率充放電性能、工作溫度范圍以及安全性能等。電解液重要包括溶劑、電解質和添加劑三個部分。溶劑的分解、電解質的分解都會導致電池容量的損失。電解液的分解和副反應是鋰離子電池組容量衰減的重要因素，無論采用何種正負極材料、何種工藝，隨著鋰離子電池循環使用，電解液的分解及與正負極材料間發生的界面反應都會造成容量的衰減。

此外，大倍率充放電也會造成鋰離子電池組容量損失，這是因為正負極在充放電過程會發生體積收縮和膨脹，而充放電電流越大，收縮膨脹越劇烈，應力越大，從而正負極的顆粒在體積快速變化中更容易發生破裂或者從集流體剝離，導致循環衰減加快。