鋰電池正極材料基本分解

正極材料是決定鋰電池壽命的關鍵因素之一，目前商業化鋰電池常用的正極材料有層狀LiCoO2、尖晶石狀LiMn2O4、橄欖石狀LFP等。

鋰電池容量快速衰減一直是鋰電池壽命的一個痛點，多種因素都會影響容量快速衰減發生的節點，給鋰電池壽命預測帶來的極大挑戰，倘若不摸清導致容量斷崖式衰減的原由，并將這些因素納入壽命預測模型，是很難做好鋰電池壽命預測模型的，再一次強調了業務和技術相結合的緊要性。

過去十年里，雖然鋰電池的正極材料一直為鋰過渡金屬氧化物，過渡金屬的溶解問題一直是一個限制，特別是尖晶石LiMn2O4正極，在長期循環或高溫儲存過程中常常表現出分明的容量衰減。其中錳的溶解是最緊要的原由之尤其是當副反應生成的酸攻擊LiMn2O4材料時，錳離子會溶解在電解液中。

電解質氧化會出現氫離子，在電壓大于4.1V時形成氫氟酸，使錳的歧化反應變得更快，其溶解度也隨著循環過程中高、低壓區的相變而新增；當錳離子溶解到電解液中時，會出現幾種相應的現象，包括結構不穩定、活性材料的損失和歐姆電阻的新增。

錳酸鋰具有尖晶石結構，滿足鋰離子脫嵌的需求。但是，該材料中的Mn在高溫下容易溶解到電解液中去，造成不可逆容量損失。另外，在較高溫度下放電時，材料容易發生Jahn-Teller效應，從而破壞活性材料的晶型結構，造成電池容量衰減加快。

LFP是橄欖石狀結構，具有很好的穩定性和安全性，擴散阻抗稍微新增，歐姆阻抗和電化學反應阻抗增大較多，其中，電化學阻抗增幅最大。容量損失緊要來自于電極和電解液的副反應，為不可逆容量損失，活性鋰的損失是導致容量損失的緊要原由，歸因于負極在循環過程中的體積變化引起SEI的劣化。

鈷酸鋰為層狀結構，其可以保證Li+的脫嵌與嵌入過程中結構變化的程度和可逆性，高倍率下充放電也會影響鋰電池的使用壽命，放電倍率的新增會導致Li、Co原子混合，導致部分LiCoO2從六方晶型轉變為立方晶型，正極材料結構的蛻變，導致容量衰減。

隨著鋰電池的使用，內部電解液中活性鋰離子的數量逐漸減少，同時由于鋰離子傳質能力下降，也導致了鋰電池容量衰減。活性鋰離子的損失緊要是由于在循環過程中電解液與正負極活性材料反應不斷消耗活性鋰離子造成的。

隨著鋰電池循環次數的增多，正極阻抗發生分明升高而負極阻抗并無分明變化，同時負極容量發現驟減而正極容量并無分明變化。循環過程中電池的容量衰減是因為正極界面阻抗的升高和負極容量的損失。

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