三元材料锂离子电池容量衰减原因是什么

●三元锂离子电池正极材料的结构变化

正极材料是锂离子的重要来源，当锂离子从正极中脱出时候，为了维持材料电中性状态，金属元素必然会被氧化到达一个高的氧化态，这里就伴随了组分的转变。组分的转变容易导致相转移和体相结构的变化。电极材料相转变可以引起晶格参数的变化及晶格失配，由此出现的诱导应力引起晶粒的破碎，并引发裂纹的传播，造成材料的结构发生机械破坏，从而引起电化学性能衰减。

KIM等对层状LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2正极材料的微观结构进行了研究分析，由于Li+(0.76)与Ni2+(0.69)有相近的离子半径，富镍材料较易出现Ni2+向Li+空穴迁移的情况，导致出现结构的无序性；体积的反复变化导致活性材料出现裂纹及孔隙，随着循环的进行，材料结构逐渐由菱方结构转变成尖晶石相，在循环初期结构的激烈变化导致容量及电压的快速衰退。

●三元锂离子电池负极材料结构

商业化锂离子电池常用的负极材料有碳材料、钛酸锂等，本文以典型负极石墨进行分析。锂离子电池容量的衰减第一次发生于化成阶段，在这个阶段会在负极表面形成SEI，消耗部分锂离子。

随着锂离子电池使用，石墨结构的变化也会造成电池容量下降。LIU[2]等研究了LiFePO4/C电池的容量衰减机制，同样适用于三元锂离子电池，研究发现循环后的碳材料虽然保持了石墨的形貌结构，但是其(002)晶面的半高宽变大，导致c轴方向的晶粒尺寸变小，晶体结构的改变导致碳材料出现裂纹，进而破坏负极表面的SEI膜并促进SEI膜的修复，SEI膜的过度生长消耗活性锂，因此造成了电池的不可逆容量衰减。

●电解液的氧化分解与界面反应

电解液的性质显著影响锂离子电池的比容量、寿命、倍率充放电性能、工作温度范围以及安全性能等。电解液重要包括溶剂、电解质和添加剂三个部分。溶剂的分解、电解质的分解都会导致电池容量的损失。电解液的分解和副反应是锂离子电池容量衰减的重要因素，无论采用何种正负极材料、何种工艺，随着锂离子电池循环使用，电解液的分解及与正负极材料间发生的界面反应都会造成容量的衰减。