锂离子电池主要性能指标、主要分类及电池容量衰减的原因
锂离⼦电池主要性能指标、主要分类及电池容量衰减的原因
锂离⼦电池是⼀种⼆次电池（充电电池），它⾸要依靠Li+ 在两个电极之间往返嵌⼊和脱嵌来作
业。在充放电进程中，Li+ 在两个电极之间往返嵌⼊和脱嵌：充电时，Li+从正极脱嵌，经过电解
质嵌⼊负极，负极处于富锂状况；放电时则相反。锂离⼦电池⾃商业化以来，被⼴泛应⽤于便
携式的电⼦产品中，如笔记本电脑，⼿机、数码相机等，可是随着能源和环境问题的⽇益严
重，轿车敞开了从燃油到电动化的浪潮，锂离⼦电池是其动⼒的重要选择之⼀。下⾯贤集⽹⼩
编来为我们介绍更多关于锂离⼦电池的知识，包含：锂离⼦电池⾸要功能指标、⾸要分类、锂
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离⼦电池容量衰减的原因！⼀同来看看吧！
锂离⼦电池⾸要功能指标
1、电池的容量
电池的容量有额外容量和实践容量之分。电池的额外容量是指电池在环境温度为20℃±5℃条件
下，以5h率放电⾄停⽌电压时所应提供的电量，⽤C5表明。电池的实践容量是指电池在必定的
放电条件下所放出的实践电量，⾸要受放电倍率和温度的影响（故严厉来讲，电池容量应指明
充放电条件）。
容量单位：mAh、Ah(1Ah=1000mAh)。
2、电池内阻
电池内阻是指电池在作业时，电流流过电池内部所遭到的阻⼒。有欧姆内阻与极化内阻两部分
组成。电池内阻值⼤，会导致电池放电作业电压下降，放电时刻缩短。内阻巨细⾸要受电池的
资料、制造⼯艺、电池结构等要素的影响。电池内阻是衡量电池功能的⼀个重要参数。
3、电压
开路电压是指电池在⾮作业状况下即电路中⽆电流流过期，电池正负极之间的电势差。⼀般状
况下，锂离⼦电池充满电后开路电压为4.1—4.2V左右，放电后开路电压为3.0V左右。经过对电
池的开路电压的检测，能够判断电池的荷电状况。作业电压⼜称端电压，是指电池在作业状况
下即电路中有电流流过期电池正负极之间的电势差。在电池放电作业状况下，当电流流过电池
内部时，不需克服电池的内阻所构成阻⼒，故作业电压总是低于开路电压，充电时则与之相
反。锂离⼦电池的放电作业电压在3.6V左右。
4、放电渠道时刻
放电渠道时刻是指在电池满电状况下放电⾄某电压的放电时刻。例对某三元电池测量其3.6V的
放电渠道时刻，以恒压充到电压为4.2V，⽽且充电电流⼩于0.02C时停⽌充电即充满电后，然后
搁置10分钟，在任何倍率的放电电流下放电⾄3.6V时的放电时刻即为该电流下的放电渠道时
刻。因某些运⽤锂离⼦电池的⽤电器的作业电压都有电压要求，假如低于要求值，则会出现⽆
法作业的状况。所以放电渠道是衡量电池功能好坏的重要标准之⼀。
5、充放电倍率
充放电倍率是指电池在规则的时刻内放出其额外容量时所需要的电流值，1C在数值上等于电池
额外容量，⼀般以字母C表明。如电池的标称额外容量为10Ah，则10A为1C（1倍率），5A则
为0.5C，100A为10C，以此类推。
6、⾃放电率
⾃放电率⼜称荷电坚持才能，是指电池在开路状况下，电池所储存的电量在必定条件下的坚持
才能。⾸要受电池的制造⼯艺、资料、储存条件等要素的影响。是衡量电池功能的重要参数。
7、功率
（1）充电功率是指电池在充电进程中所耗费的电能转化成电池所能储存的化学能程度的测量。
⾸要受电池⼯艺，配⽅及电池的作业环境温度影响，⼀般环境温度越⾼，则充电功率要低。
（2）放电功率是指在必定的放电条件下放电⾄终点电压所放出的实践电量与电池的额外容量之
⽐，⾸要受放电倍率，环境温度，内阻等要素影响，⼀般状况下，放电倍率越⾼，则放电功率
越低。温度越低，放电功率越低。
8、循环寿数
电池循环寿数是指电池容量下降到某⼀规则的值时，电池在某⼀充放电准则下所经历的充放电次数。锂离⼦电池GB规则，1C条件下电池循环500次后容量坚持率在60%以上。
锂离⼦电池的⾸要分类
⼀、依据锂电池所⽤电解质资料不同，锂电池能够分为液态锂电池(lithium ion battery，简称为LIB)和聚合物锂电池(polymer lithium ion battery，简称为LIP)两⼤类。
⼆、按充电⽅式可分为：不可充电的及可充电的两类。
三、锂电池外型分：有⽅型锂电（如常⽤的⼿机电池）和柱形（如18650、18500）；
四、锂电池外包资料分：铝壳锂电池，钢壳锂电池，软包电池；
五、锂电池从正负极资料（添加剂）分：钴酸锂(LiCoO2)电池、锰酸锂（LiMn2O4），磷酸铁锂电池，⼀次性⼆氧化锰锂电池。
锂离⼦电池容量衰减的原因
锂离⼦电池是继镉镍、氢镍电池之后开展最快的⼆次电池。它的⾼能特性让它的未来看起来⼀⽚光明。可是，锂离⼦电池并不完美，其最⼤的问题便是它的充放电循环的安稳性。本⽂总结并剖析了锂离⼦电池容量衰减的或许原因，包含过充电，电解液分化及⾃放电。
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原因⼀：过充电
1、⽯墨负极的过充反响：
电池在过充时，锂离⼦简单复原堆积在负极外表
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堆积的锂包覆在负极外表，堵塞了锂的嵌⼊。导致放电功率下降和容量丢失，原因有：
①可循环锂量减少；
②堆积的⾦属锂与溶剂或⽀撑电解质反响构成Li2CO3，LiF 或其他产品；
③⾦属锂⼀般构成于负极与隔阂之间，或许堵塞隔阂的孔隙增⼤电池内阻；
④因为锂的性质很活泼，易与电解液反响⽽耗费电解液.然后导致放电功率下降和容量的丢失。
快速充电，电流密度过⼤，负极严重极化，锂的堆积会更加明显。这种状况简单发作在正极活性物相关于负极活性物过量的场合。可是，在⾼充电率的状况下，即使正负极活性物的份额正常，也或许发作⾦属锂的堆积。
2、正极过充反响
当正极活性物相关于负极活性物份额过低时，简单发作正极过充电。正极过充导致容量丢失⾸要是因为电化学惰性物质（如Co3O4，Mn2O3 等）的发作，损坏了电极间的容量平衡，其容量丢失是不可逆的。
（1）LiyCoO2
LiyCoO2→(1-y)/3[Co3O4＋O2(g)]＋yLiCoO2 y<>
⼀起正极资料在密封的锂离⼦电池中分化发作的氧⽓因为不存在再化合反响（如⽣成H2O）与电解液分化发作的可燃性⽓体⼀起积累，后果将⽆法想象。
（2）λ-MnO2
锂锰反响发作在锂锰氧化物完全脱锂的状况下：λ-MnO2→Mn2O3+O2(g)
3、电解液在过充时氧化反响
当压⾼于4.5V 时电解液就会氧化⽣成不溶物（如Li2Co3）和⽓体，这些不溶物会堵塞在电极的微孔⾥⾯阻碍锂离⼦的迁移⽽构成循环进程中容量丢失。
影响氧化速率要素：
（1）正极资料外表积巨细；
（2）集电体资料；
（3）所添加的导电剂（炭⿊等）；
（4）炭⿊的品种及外表积巨细；
在⽬前较常⽤电解液中，EC/DMC被以为是具有最⾼的耐氧化才能。溶液的电化学氧化进程⼀般表明为：溶液→氧化产品(⽓体、溶液及固体物质)+ne-。任何溶剂的氧化都会使电解质浓度升⾼，电解液安稳性下降，终究影响电池的容量。假设每次充电时都耗费⼀⼩部分电解液，那么在电池装配时就需要更多的电解液。关于恒定的容器来说，这就意味着装⼊更少量的活性物质，这样会构成初始容量的下降。此外，若发作固体产品，则会在电极外表构成钝化膜，这将引起电池极化增⼤⽽下降电池的输出电压。
原因⼆：电解液分化（复原）
1、电解质在正极上分化：
（1）电解液由溶剂和⽀撑电解质组成，在正极分化后⼀般构成不溶性产品Li2Co3 和LiF等，经过堵塞电极的孔隙⽽下降电池容量，电解液复原反响对电池的容量和循环寿数会发作不良影响，⽽且因为复原发作了⽓体会使电池内压升⾼，然后导致安全问题。
（2）正极分化电压⼀般⼤于4.5V(相关于Li/ Li+)，所以，它们在正极上不易分化。相反，电解质在负极较易分化。
2、电解质在负极上分化：
电解液在⽯墨和其它嵌锂碳负极上安稳性不⾼，简单反响发作不可逆容量。初度充放电时电解液分化会在电极外表构成钝化膜，钝化膜能将电解液与碳负极离隔阻⽌电解液的进⼀步分化。然后维持碳负极的结构安稳性。理想条件下电解液的复原限制在钝化膜的构成阶段，当循环安稳后该进程不再发作。
（1）钝化膜的构成：
电解质盐的复原参加钝化膜的构成，有利于钝化膜的安稳化，可是
①复原发作的不溶物对溶剂复原⽣成物会发作不利影响；
②电解质盐复原时电解液的浓度减⼩，终究导致电池容量丢失（LiPF6 复原⽣成LiF、LixPF5－x、PF3O 和PF3）；
③钝化膜的构成要耗费锂离⼦，这会导致南北极间容量失衡⽽构成整个电池⽐容量下降。
④假如钝化膜上有裂缝，则溶剂分⼦能透⼊，使钝化膜加厚，这样不光耗费更多的锂，⽽且有或许堵塞碳外表上的微孔，导致锂⽆法嵌⼊和脱出，构成不可逆容量丢失。在电解液中加⼀些⽆机添加剂，如CO2，N2O，CO，SO2等，可加速钝化膜的构成，并能抑制溶剂的共嵌和分化，加⼊冠醚类有机添加剂也有相同的效果，其间以12冠4醚最佳。
（2）成膜容量丢失的要素：
①⼯艺中运⽤碳的类型；
②电解液成份；
③电极或电解液中添加剂。
a、Blyr以为离⼦交换反响从活性物质粒⼦外表向其核⼼推进，构成的新相包埋了原来的活性物质，粒⼦外表构成了离⼦和电⼦导电性较低的钝化膜，因⽽储存之后的尖晶⽯⽐储存前具有更⼤的极化。
b、Zhang经过对电极资料循环前后的沟通阻抗谱的⽐较剖析发现，随着循环次数的添加，外表钝化层的电阻添加，界⾯电容减⼩。反映出钝化层的厚度是随循环次数⽽添加的。锰的溶解及电解液的分化导致了钝化膜的构成，⾼温条件更有利于这些反响的进⾏。这将构成活性物质粒⼦直接触电阻及Li+迁移电阻的增⼤，然后使电池的极化增⼤，充放电不完全，容量减⼩。
3、II 电解液的复原机理
似的造句电解液中常常含有氧、⽔、⼆氧化碳等杂质，在电池充放电进程中发作氧化复原反响。电解液
的复原机理包含溶剂复原、电解质复原及杂质复原三⽅⾯：
（1）溶剂的复原
PC和EC的复原包含⼀电⼦反响和⼆电⼦反响进程，⼆电⼦反响构成Li2CO3：
①Fong等以为，在第⼀次放电进程中，电极电势接近O.8V(vs.Li/Li+)时，PC/EC在⽯墨上发作电化学反响，⽣成CH=CHCH3(g)/CH2=CH2(g)和LiCO3 (s)，导致⽯墨电极上的不可逆容量丢失。
②Aurbach等对各种电解液在⾦属锂电极和碳基电极上复原机理及其产品进⾏了⼴泛的研究，发现PC的⼀电⼦反响机理发作ROCO2Li和丙烯。ROCO2Li对痕量⽔很灵敏，有微量⽔存在时⾸要产品为Li2CO3和丙稀，但在枯燥状况下并⽆Li2CO3发作。
DEC的复原：
手动变速器的组成Ein-Eli Y报道，由碳酸⼆⼄酯 (DEC)和碳酸⼆甲酯(DMC)混合⽽成的电解液，在电池中会发作交换反响，⽣成碳酸甲⼄酯(EMC)，对容量丢失发作必定的影响。
（2）电解质的复原
电解质的复原反响⼀般被以为是参加了碳电极外表膜的构成，因⽽其品种及浓度都将影响碳电极的功能。在某些状况下，电解质的复原有助于碳外表的安稳，可构成所需的钝化层。⼀般以为，⽀撑电解质要⽐溶剂简单复原，复原产品搀杂于负极堆积膜中⽽影响电池的容量衰减。⼏种⽀撑电解质或许发作的复原反响如下：
（3）杂质复原
①电解液中⽔含量过⾼会⽣成LiOH(s)和Li2O 堆积层，不利于锂离⼦嵌⼊，构成不可逆容量丢失：
H2O＋e→OH-＋1/2H2
OH-＋Li+→LiOH(s)
LiOH＋Li+＋e-→Li2O(s)＋1/2H2
⽣成LiOH(s)在电极外表堆积，构成电阻很⼤的外表膜，阻碍Li+嵌⼊⽯墨电极，然后导致不可逆容量丢失。溶剂中微量⽔(100-300×10-6)对⽯墨电极功能没影响。
②溶剂中的CO2 在负极上能复原⽣成CO 和LiCO3(s)：
2CO2＋2e-＋2Li+→Li2CO3＋CO
CO 会使电池内压升⾼，⽽Li2CO3（s）使电池内阻增⼤影响电池功能。
③溶剂中的氧的存在也会构成Li2O
1/2O2+2e-+2Li+→Li2O
因为⾦属锂与完全嵌锂的碳之间电位差较⼩，电解液在碳上的复原与在锂上的复原类似。
原因三：⾃放电
⾃放电是指电池在未运⽤状况下，电容量天然丢失的现象。锂离⼦电池⾃放电导致容量丢失分两种状况：
⼀是可逆容量丢失；
怎样把百度设为主页⼆是不可逆容量的丢失。
1、可逆容量丢失是指丢失的容量能在充电时康复，⽽不可逆容量丢失则相反，正负极在充电状况下或许与电解质发作微电池效果，发作锂离⼦嵌⼊与脱嵌，正负极嵌⼊和脱嵌的锂离⼦只与电解液的锂离⼦有关，正负极容量因⽽不平衡，充电时这部分容量丢失不能康复。如：
锂锰氧化物正极与溶剂会发作微电池效果发作⾃放电构成不可逆容量丢失：
LiyMn2O4+xLi++xe-→Liy+xMn2O4
溶剂分⼦(如PC)在导电性物质碳⿊或集流体外表上作为微电池负极氧化:
xPC→xPC-⾃由基+xe-
相同，负极活性物质或许会与电解液发作微电池效果发作⾃放电构成不可逆容量丢失，电解质(如LiPF6)在导电性物质上复原：
PF5+xe- →PF5-x
充电状况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、⾃放电影响要素：正极资料的制造⼯艺，电池的制造⼯艺，电解液的性质，温度，时刻。
3、⾃放电速率⾸要受溶剂氧化速率操控，因⽽溶剂的安稳性影响着电池的储存寿数。
4、溶剂的氧化⾸要发作在碳⿊外表，下降碳⿊外表积能够操控⾃放电速率，但关于LiMn2O4正极资料来说，下降活性物质外表积相同重要，⼀起集电体外表对溶剂氧化所起的效果也不容忽视。
5、经过电池隔阂⽽泄漏的电流也能够构成锂离⼦电池中的⾃放电，但该进程遭到隔阂电阻的限制，以极低的速率发作，并与温度⽆关。考虑到电池的⾃放电速率激烈地依赖于温度，故这⼀进程并⾮⾃放电中的⾸要机理。
6、假如负极处于⾜够电的状况⽽正极发作⾃放电，电池内容量平衡被损坏，将导致永久性容量丢失。
7、长时刻或常常⾃放电时，锂有或许堆积在碳上，增⼤南北极间容量不平衡程度。
8、Pistoia等⽐较了3种⾸要⾦属氧化物正极在各种不同电解液中的⾃放电速率，发现⾃放电速率随电解液不同⽽不同。并指出⾃放电的氧化产品堵塞电极资料上的微孔，使锂的嵌⼊和脱出困难⽽且使内阻增⼤和放电功率下降，然后导致不可逆容量丢失。
上述是贤集⽹⼩编为我们解说的锂离⼦电池⾸要功能指标、⾸要分类、锂离⼦电池容量衰减的原因。希望这些知识能够加深我们对锂离⼦电池的了解！在这⾥⼩编还要提醒我们⼏点，⾸先防⽌锂离⼦电池在严格条件下运⽤，如:⾼温、⾼湿度、夏天阳光下长时刻暴晒等，防⽌将电池投⼊⽕中。拆锂离⼦电池时，应保证⽤电⽤具处于电源关闭状况；运⽤温度应坚持在-20~50℃之间。还有，防⽌将锂离⼦电池长时刻'寄存'在停⽌运⽤的⽤电⽤具中。只有悉⼼保护，才能够延伸它的运⽤寿数！

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