一、鋰離子電池容量衰減現象分析

　　正負極、電解液及隔膜是組成鋰離子電池的重要成分。鋰離子電池的正負極分別發生鋰的嵌入脫出反應，其正負極的嵌鋰量成為影響鋰離子電池容量的主要因素。因此，必須維持鋰離子電池正負極容量的平衡性，才能確保電池具備最佳性能。

　　通常來說，鋰離子電池常用有機溶劑和電解質(鋰鹽)組成的電解質溶液，該電解質溶液應當具備足夠的導電性、穩定性，并且能夠與電極實現相容。對于隔膜來說，其性能是決定電池內阻及界面結構的主要因素，對電池容量衰減變化情況有著直接的影響。若隔膜的質量和性能優越，將會顯著提升鋰離子電池的容量和綜合性能。一般情況下，隔膜在電池中主要起著分隔電池正極和電池負極的作用，避免正負極發生接觸而導致電池短路，同時還能夠放行電解質離子，以充分發揮電池效用。

　　鋰電池中的化學反應不僅僅包括鋰離子嵌入和脫出過程中的氧化還原反應，還包括諸如負極表面SEI膜的生產和破壞、電解液的分解以及活性材料的結構變化和溶解等副反應，這些副反應都是造成鋰離子電池容量衰減的原因。

　　電池循環過程中發生容量衰減和損失是必然現象，因此，為了提高電池容量和性能，國內外各領域的學者充分研究了鋰電池容量損失的機理。目前，可知引起鋰離子電池容量衰減的主要因素包括正負極表面形成SEI鈍化膜、金屬鋰沉積、電極活性材料的溶解、陰陽極氧化還原反應或副反應的發生、結構變化及相變化等。當前，對鋰離子電池容量衰減變化及其原因仍然在不斷研究的過程中。

　　二、過充電

　　2.1 負極過充反應

　　能夠作為鋰離子電池負極的活性材料種類較多，以碳系負極材料，硅基、錫基負極材料、鈦酸鋰負極材料等為主要材料。不同類型的碳材料具有不同的電化學性能，其中，石墨具有導電性能較高、層狀結構優良、結晶度高的優勢，較為適合鋰的嵌入和脫出，同時石墨材料價格實惠、存量較多，因此，應用較為廣泛。

　　當鋰離子電池首次充放電時，溶劑分子會在石墨表面發生分解反應，并形成名為SEI的鈍化膜，這一反應會引發電池容量損失，并且屬于不可逆的過程。鋰離子電池過充電過程中，負極表面會發生金屬鋰沉積現象，該情況容易發生在正極活性材料相對于負極活性材料過量的情況下。同時，若在高倍率條件下，也有可能產生金屬鋰沉積現象。

　　通常來說，形成金屬鋰導致鋰電池容量衰減變化的原因主要包括以下方面：第一，導致電池中可循環鋰量降低;第二，金屬鋰與電解質或溶劑發生副反應，形成其他副產物;第三，金屬鋰主要沉積在負極和隔膜之間，從而造成隔膜孔隙堵塞，導致電池內阻增加。石墨材料的不同，鋰離子電池容量衰減變化的影響機理也存在一定差異。天然石墨的比表面積較高，因此，發生自放電反應將會導致鋰電池容量損失，并且天然石墨作為電池負極，其電化學反應阻抗也比人造石墨要高。另外，循環過程中負極層狀結構解離、極片制作過程中導電劑分散情況、儲存過程中電化學反應阻抗的增加等因素，都是導致鋰電池容量損失的重要因素。

　　2.2 正極過充反應

　　正極過充電主要在正極材料占比過低的情況下發生，導致電極間容量失衡，致使鋰電池容量發生不可逆的損失，并且正極材料和電解液分解出來的氧氣及可燃氣體的并存和不斷積累，可能會給鋰電池的使用帶來安全隱患。

　　2.3 電解液在高電壓下發生反應

　　若鋰電池充電電壓過高，將會導致電解液發生氧化反應，并生成部分副產物，將電極微孔堵塞，阻礙了鋰離子的遷移，從而造成循環容量衰減變化。電解質濃度和電解液的穩定性的變化趨勢成反比，電解質濃度越高，電解液穩定性越低，進而對鋰離子電池容量產生影響。在充電過程中，電解液會發生一定消耗，因此，需要在裝配時進行補充，導致電池活性材料減少，并影響電池初始容量。

　　三、電解液分解

　　電解液包括電解質、溶劑和添加劑，其性質會對電池的使用年限、比容量、倍率充放電性能和安全性能等產生影響。電解液中電解質和溶劑的分解都會引起電池容量發生損失。在首次充放電時，溶劑等物質在負極表面生成SEI膜會形成不可逆的容量損失，但這是必然情況。若電解液中存在水或氟化氫等雜質時，可能會使電解質LiPF6在溫度較高的情況下發生分解，并且生成的產物與正極材料反應，導致電池容量受到影響。同時，部分產物還會與溶劑發生反應，并對負極表面的 SEI膜的穩定性造成影響，會造成鋰離子電池性能衰減。除此之外，若電解液分解的產物不與電解液相容，將會在遷移過程中阻塞正極孔隙，從而導致電池容量衰減?？偟膩碚f，電解液和電池的正負極之間副反應的發生，以及產生的副產物，都是造成電池容量衰減的主要因素。

　　四、自放電

　　鋰離子電池在一般情況下，會發生容量損耗現象，這一過程被稱為自放電，分為可逆容量損失和不可逆容量損失。溶劑氧化速率對自放電速率產生直接影響，正負極活性材料可能在充電過程中和溶質發生反應，導致鋰離子遷移完成容量失衡及不可逆衰減，因此，可以看出減少活性材料表面積可以降低容量損失速率，且溶劑的分解會影響電池貯存壽命。另外，隔膜漏電也會導致容量損失，但這種可能性較低。自放電現象若長期存在，會導致金屬鋰沉積，并進一步導致正負極容量的衰減變化。

　　五、電極不穩定性

　　充電過程中，電池正極的活性材料不穩定，會導致其與電解質發生反應，并影響電池容量。其中，正極材料結構缺陷、充電電勢過高、炭黑含量都是影響電池容量的主要因素。

　　六、總結

　　綜上所述，鋰離子電池屬于具有良好性能、污染較低的“綠色電池”，被廣泛應用于我國各行各業之中，但鋰離子電池的使用壽命會受到正極材料結構、炭黑含量、電極穩定性、自放電、電池內阻增加、電解質分解等因素的影響，導致電池容量衰減過快。