鋰電池電極裂化原因及影響

鋰電池電極裂化對于電池用戶來說是陌生的概念，從電池的開始使用到報廢，基本看不出這個問題，因為這個問題是存在電池內部的，是屬于電池研究員關注的問題，是屬于微觀方面的問題。下面就鋰電池電極裂化原因及影響做簡單的介紹，讓大家了解一下。

鋰電池在實際的使用過程中，活性顆粒常常經歷許多的不可逆的物理化學和機械過程，比如局部過度充放電，表面結構崩塌，不均勻電極/電解液界面，金屬溶解/沉淀，體積膨脹/收縮，局部溫度波動等。這些副反應之間的相互作用會導致活性顆粒內部機械或熱應力、電化學應力的累積，并進一步可誘發(fā)裂縫的產生。這種裂紋主要在應力集中以及顆粒薄弱點產生，比如顆粒表面，SEI膜，晶界等。

特別像硅基負極，在充電/放電周期內插入和脫出鋰時，體積變化達到270%，這個巨大的體積膨脹會導致硅顆粒的粉碎，以及涂層從銅集流體中分離。特別是，SEI膜會發(fā)生持續(xù)的斷裂再生成過程，不斷消耗鋰離子和活性物質，造成容量持續(xù)衰減，循環(huán)穩(wěn)定性變差。

而顆粒內部產生的裂縫會導致顆粒之間接觸變差，顆粒完整性破壞，電子和離子傳輸路徑都會發(fā)生變化，導致擴散受限。結果表明，電子和離子在固相的擴散長度伴隨著裂縫的產生而增大。這又會進一步影響電化學反應，可能造成充放電局部不均勻，引起顆粒的二次裂紋。

鋰電池電極裂化是影響電池電化學性能、循環(huán)穩(wěn)定性和安全性等的重要因素，其中常見的裂化現象包括：

(1)正、負極電極材料顆粒裂紋;

(2)活性物質顆粒內部晶間破碎;

(3)正極表層分層失效;

(4)負極表面SEI破裂;

(5)正極活性物質相分離;

(6)鋰金屬等負極表面枝晶。

充放電過程中，電化學反應在電極表面發(fā)生，鋰離子從表面脫出或嵌入，多次循環(huán)之后活性顆粒表面會出現了十分顯著的相變，鋰離子脫出后可能伴隨金屬溶出，材料層狀結構會變成鹽巖相結構，并且這種相結構演變向顆粒內部擴展，形成內部相分離。

在鋰離子電池的充電過程中，負極電位不斷變負，在一定條件下會引起金屬鋰在負極表面沉積的副反應。金屬鋰持續(xù)存在負極的表面，不僅會影響鋰離子電池的容量，還有可能會產生危害鋰離子電池安全的鋰枝晶。金屬鋰做負極時，枝晶更加嚴重，負極保護避免鋰枝晶成為金屬鋰電池的研究熱點。