技术分享：锂离子电池容量的影响因素是什么？

一、什么是电池容量？

二、影响锂电池容量的主要因素：能量密度

影响电池容量的外部因素有很多，而对于电池本身来说，能量密度是影响锂电池容量的因素中最为关键的一个。同时能量密度是制约当前锂离子电池发展的最大瓶颈。

能量密度(Energydensity)是指在单位一定的空间或质量物质中储存能量的大小。电池的能量密度也就是电池平均单位体积或质量所释放出的电能。

电池的容量=能量密度×电池体积

由能量密度的定义和电容容量的公式可以看出，锂电池的能量密度越大，单位体积、或重量内存储的电量越多。锂电池的容量就越大。

从锂离子电池诞生到现在，其比容量已经翻了数倍，电池性能的提高，有些是通过改进电池的制造工艺实现的，但更多的则是通过改进材料的制备工艺和提高材料性能实现的。但是，目前主流锂离子电池中使用的电极材料与十几年前相比并没有根本突破。

受材料理论能量密度的限制和材料结构稳定性的制约，我们不可能指望通过现有材料的性能改进使锂离子电池的能量密度和性能实现根本突破。因此，锂电池的能量密度现在还受制于正极材料的局限性，欲进一步提高锂离子电池的能量密度就必须探索合成新的正极材料。

三、锂离子电池的容量减少的原因

·石墨负极的过充反应：

电池在过充时，锂离子容易还原沉积在负极表面，沉积的锂包覆在负极表面，阻塞了锂的嵌入。导致放电效率降低和容量损失。

·正极过充反应

当正极活性物相对于负极活性物比例过低时，容易发生正极过充电。

正极过充导致容量损失主要是由于电化学惰性物质（如Co3O4，Mn2O3 等）的产生，破坏了电极间的容量平衡，其容量损失是不可逆的。

·电解液在过充时氧化反应

当压高于4.5V 时电解液就会氧化生成不溶物（如Li2Co3）和气体，这些不溶物会堵塞在电极的微孔里面阻碍锂离子的迁移而造成循环过程中容量损失。

·在电极上分解

电解质在正极上分解：

电解液由溶剂和支持电解质组成，在正极分解后通常形成不溶性产物Li2Co3 和LiF等，通过阻塞电极的孔隙而降低电池容量，电解液还原反应对电池的容量和循环寿命会产生不良影响，并且由于还原产生了气体会使电池内压升高，从而导致安全问题。

电解质在负极上分解：

电解液在石墨和其它嵌锂碳负极上稳定性不高，容易反应产生不可逆容量。初次充放电时电解液分解会在电极表面形成钝化膜，钝化膜能将电解液与碳负极隔开阻止电解液的进一步分解。从而维持碳负极的结构稳定性。理想条件下电解液的还原限制在钝化膜的形成阶段，当循环稳定后该过程不再发生。

·电解液的还原机理

溶剂的还原

PC和EC的还原包括一电子反应和二电子反应过程，二电子反应形成Li2CO3：在第一次放电过程中，电极电势接近O.8V(vs.Li/Li+)时，PC/EC在石墨上发生电化学反应，生成CH=CHCH3(g)/CH2=CH2(g)和LiCO3 (s)，导致石墨电极上的不可逆容量损失。

电解质的还原

电解质的还原反应通常被认为是参与了碳电极表面膜的形成，因此其种类及浓度都将影响碳电极的性能。在某些情况下，电解质的还原有助于碳表面的稳定，可形成所需的钝化层。        

一般认为，支持电解质要比溶剂容易还原，还原产物夹杂于负极沉积膜中而影响电池的容量衰减。

自放电是指电池在未使用状态下，电容量自然损失的现象。锂离子电池自放电导致容量损失分两种情况：可逆容量损失和不可逆容量的损失。

可逆容量损失是指损失的容量能在充电时恢复，而不可逆容量损失则相反，正负极在充电状态下可能与电解质发生微电池作用，发生锂离子嵌入与脱嵌，正负极嵌入和脱嵌的锂离子只与电解液的锂离子有关，正负极容量因此不平衡，充电时这部分容量损失不能恢复。

温度主要影响电池内部极片物质的活性和电解质性能。温度过高和过低对电池的容量都有较大的影响。

锂离子电池在低温时电池的活性明显降低，锂的嵌入和脱出的能力下降，电池内阻、极化电压增加，实际可用容量减少，电池放电能力下降，放电平台低、电池更加容易达到放电截止电压，表现为电池可用容量减小，电池能量利用效率下降。

同样，锂离子电池在温度升高的环境下，在正负极之间的锂离子脱出和嵌入变得活跃，从而电池内阻减小，内阻稳定时间变长，使得外电路中电子迀移量增多，容量得到更加有效的发挥。但是电池长时间在高温环境下工作，正极晶格结构的稳定性会变差，电池的安全性会降低，电池的寿命会明显缩短。

所以，温度条件对于锂离子电池的容量有一定的影响。但是在实际应用中，我们可以通过增加电池电热管理等方法保证电池能在适宜的温度条件下工作，这样可以尽可能的保证电池的容量达到正常标准。