循環(huán)性能對鋰離子電池的重要程度無需贅言;另外就宏觀來講,更長的循環(huán)壽命意味著更少的資源消耗。因而,影響鋰離子電池循環(huán)性能的因素,是每一個與鋰電行業(yè)相關(guān)的人員都不得不考慮的問題。以下文中列舉幾個可能影響到電池循環(huán)性能因素,供大家參考。
材料種類:材料的選擇是影響鋰離子電池性能的第一要素。選擇了循環(huán)性能較差的材料,工藝再合理、制成再完善,電芯的循環(huán)也必然無法保證;選擇了較好的材料,即使后續(xù)制成有些許問題,循環(huán)性能也可能不會差的過于離譜(一次鈷酸鋰克發(fā)揮僅為135.5mAh/g左右且析鋰的電芯,1C雖然百余次跳水但是0.5C、500次90%以上;一次電芯拆開后負極有黑色石墨顆粒的電芯,循環(huán)性能正常)。從材料角度來看,一個全電池的循環(huán)性能,是由正極與電解液匹配后的循環(huán)性能、負極與電解液匹配后的循環(huán)性能這兩者中,較差的一者來決定的。材料的循環(huán)性能較差,一方面可能是在循環(huán)過程中晶體結(jié)構(gòu)變化過快從而無法繼續(xù)完成嵌鋰脫鋰,一方面可能是由于活性物質(zhì)與對應(yīng)電解液無法生成致密均勻的SEI膜造成活性物質(zhì)與電解液過早發(fā)生副反應(yīng)而使電解液過快消耗進而影響循環(huán)。在電芯設(shè)計時,若一極確認選用循環(huán)性能較差的材料,則另一極無需選擇循環(huán)性能較好的材料,浪費。
正負極壓實:正負極壓實過高,雖然可以提高電芯的能量密度,但是也會一定程度上降低材料的循環(huán)性能。從理論來分析,壓實越大,相當于對材料的結(jié)構(gòu)破壞越大,而材料的結(jié)構(gòu)是保證鋰離子電池可以循環(huán)使用的基礎(chǔ);此外,正負極壓實較高的電芯難以保證較高的保液量,而保液量是電芯完成正常循環(huán)或更多次的循環(huán)的基礎(chǔ)。
水分:過多的水分會與正負極活性物質(zhì)發(fā)生副反應(yīng)、破壞其結(jié)構(gòu)進而影響循環(huán),同時水分過多也不利于SEI膜的形成。但在痕量的水分難以除去的同時,痕量的水也可以一定程度上保證電芯的性能??上奈鋵@個方面的切身經(jīng)驗幾乎為零,說不出太多的東西。大家有興趣可以搜一搜論壇里面關(guān)于這個話題的資料,還是不少的。
涂布膜密度:單一變量的考慮膜密度對循環(huán)的影響幾乎是一個不可能的任務(wù)。膜密度不一致要么帶來容量的差異、要么是電芯卷繞或疊片層數(shù)的差異。對同型號同容量同材料的電芯而言,降低膜密度相當于增加一層或多層卷繞或疊片層數(shù),對應(yīng)增加的隔膜可以吸收更多的電解液以保證循環(huán)??紤]到更薄的膜密度可以增加電芯的倍率性能、極片及裸電芯的烘烤除水也會容易些,當然太薄的膜密度涂布時的誤差可能更難控制,活性物質(zhì)中的大顆粒也可能會對涂布、滾壓造成負面影響,更多的層數(shù)意味著更多的箔材和隔膜,進而意味著更高的成本和更低的能量密度。所以,評估時也需要均衡考量。