鋰離子電池充放電循環(huán)過(guò)程是一個(gè)復(fù)雜的物理化學(xué)反應(yīng)過(guò)程，其循環(huán)壽命影響因素是多方面的。一方面與電池本身的特性相關(guān)，例如設(shè)計(jì)、制造工藝和材料性能退化等；另一方面與使用過(guò)程中電池受外界的影響有關(guān)，例如使用環(huán)境和充放電制度等。下面就對(duì)影響鋰離子電池循環(huán)壽命的因素進(jìn)行分析。

隨著科技的發(fā)展和技術(shù)的成熟，離子電池的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。相同條件下電池容量衰減的越快，電池品質(zhì)就相對(duì)較差。鋰離子電池具有單體電壓高、相對(duì)質(zhì)量輕、對(duì)環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)，但是經(jīng)過(guò)多個(gè)周期充放電循環(huán)后會(huì)出現(xiàn)電池容量等性能下降的現(xiàn)象。鋰離子電池的循環(huán)性能是衡量其質(zhì)量的重要指標(biāo)，許多關(guān)于鋰離子電池的標(biāo)準(zhǔn)都有循環(huán)壽命這一項(xiàng)目。

鋰離子電池結(jié)構(gòu)及原理簡(jiǎn)介

鋰離子電池首次充放電過(guò)程中，負(fù)極和電解液的相界面上能夠形成一層鈍化膜。它在電極與電解液之間起到隔膜作用，是電子絕緣體卻是鋰離子的優(yōu)良導(dǎo)體，鋰離子可以經(jīng)過(guò)該鈍化層自由地嵌入和脫出，具有固體電解質(zhì)的特性，因此這層鈍化膜被稱為“固體電解質(zhì)界面膜”(solidelectrolyteinterface)，簡(jiǎn)稱SEI。鋰離子電池主要由正負(fù)極材料、電解液、隔膜、集流體和電池外殼組成，正負(fù)極材料由兩種不同的鋰離子嵌入化合物組成。充電時(shí)，鋰離子從正極上脫嵌下來(lái)通過(guò)電解液經(jīng)隔膜嵌入負(fù)極，放電時(shí)則相反。

電池材料老化衰退的影響

鋰離子電池充放電循環(huán)的過(guò)程即為鋰離子通過(guò)電解液在正負(fù)極材料之間來(lái)回脫嵌、移動(dòng)的過(guò)程。在鋰離子電池循環(huán)過(guò)程中，除在正負(fù)極發(fā)生氧化還原反應(yīng)外，還存在大量副反應(yīng)。如果能將鋰離子電池的副反應(yīng)降至低水平，使鋰離子通過(guò)電解液始終能順暢地往返于正負(fù)極材料之間，就能使鋰離子電池的循環(huán)壽命得以增加。鋰離子電池過(guò)充時(shí)，從正極上脫出的過(guò)量的鋰離子會(huì)沉積或嵌入到負(fù)極上，沉積的活性鋰易與溶劑反應(yīng)，放出熱量使電池溫度升高。正極受熱分解放出氧氣使電解液易分解并產(chǎn)生大量的熱[25]。當(dāng)鋰電池的放電電壓低于放電截止電壓時(shí)，就形成了過(guò)放電。在過(guò)放電的過(guò)程中，鋰離子從負(fù)極上會(huì)過(guò)度脫出，下次充電時(shí)再嵌入會(huì)比較困難。余鐘寶等[26]對(duì)以MCMB為負(fù)極、LiCoO2為正極的電池過(guò)放電到0V時(shí)，銅箔集流體遭到比較嚴(yán)重腐蝕，負(fù)極SEI膜遭破壞，再次形成的SEI膜性能較差，使負(fù)極阻抗增大、極化增強(qiáng)。電池在過(guò)放電以后的循環(huán)過(guò)程中放電容量、充放電效率大為降低。

設(shè)計(jì)和制造工藝的影響

在電池設(shè)計(jì)過(guò)程中，材料的選擇是最重要的因素。不同的材料性能特性不同，所研發(fā)的電池性能也有差距。正負(fù)極材料匹配的循環(huán)性能好，電池的循環(huán)壽命才會(huì)長(zhǎng)。電解液在電池可逆容量的影響上也是十分重要的因素。電極材料脫、嵌鋰離子的過(guò)程始終是與電解液相互作用的過(guò)程，這種相互作用對(duì)電極材料的界面狀況和內(nèi)部結(jié)構(gòu)的變化有重要影響[3]。在與正負(fù)極材料相互作用的過(guò)程中電解液會(huì)損耗，另外在電池化成形成SEI膜和預(yù)充電時(shí)，也會(huì)消耗部分電解液，因此電解液的種類和注液量也影響著電池壽命。

在配料方面，要注意正、負(fù)材料的添加量。一般來(lái)說(shuō)，設(shè)計(jì)裝配過(guò)程中一般要求負(fù)極容量相對(duì)正極過(guò)量一些，如果不過(guò)量，在充電過(guò)程中負(fù)極會(huì)析出鋰，形成鋰枝晶從而影響安全性。負(fù)極相對(duì)正極過(guò)量太多，正極可能過(guò)度脫鋰，造成結(jié)構(gòu)坍塌。鋰離子電池的制造工藝流程主要包括：正負(fù)極配料、涂布、制片、卷繞、入殼、注液、封口、化成等。在電池生產(chǎn)過(guò)程中，對(duì)每一步的流程都要求非常嚴(yán)格。任何一個(gè)流程沒(méi)有控制好都有可能影響電池循環(huán)性能。

在正負(fù)極配料過(guò)程中，應(yīng)注意粘結(jié)劑的添加量、攪拌速度、漿料的濃度、溫濕度，并保證物料能夠分散均勻。

循環(huán)過(guò)程中充放電制度的影響

鋰離子電池的使用過(guò)程即充放電循環(huán)的過(guò)程，充放電電流的大小、充放電截止電壓的選擇及采用何種充放電方式等充放電制度對(duì)鋰離子電池的循環(huán)壽命也有很重要的影響。凡盲目增大電池的工作電流、增加充電截止電壓、降低放電截止電壓等都會(huì)使電池性能下降。

通過(guò)分析可知，無(wú)論在設(shè)計(jì)制造還是使用過(guò)程中，影響鋰離子電池循環(huán)壽命的因素是多方面的。鋰離子電池的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，對(duì)鋰電池的需求在數(shù)量和質(zhì)量上都提出更高的要求。循環(huán)壽命直接影響鋰離子電池的使用時(shí)間和品質(zhì)，因此生產(chǎn)者對(duì)其影響因素的研究是十分必要的。只有在研發(fā)和生產(chǎn)過(guò)程中將影響循環(huán)壽命的各個(gè)因素都把握好，企業(yè)才能在激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中占據(jù)主動(dòng)地位。消費(fèi)者在使用過(guò)程中應(yīng)注意鋰離子電池的特性，根據(jù)說(shuō)明書(shū)的提示正確使用電池。