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鋰離子電池容量衰減原因詳細分析
本質原因
鋰離子電池在兩個電極間發生嵌入反應時具有不同的嵌入能量，而為了得到電池的最佳性能，兩個宿主電極的容量比應該保持一個平衡值。在鋰離子電池中，容量平衡表示成為正極對負極的質量比，即：
γ=m+/m-=ΔxC-/ΔyC+
式中C指電極的理論庫侖容量，Δx、Δy分別指嵌入負極及正極的鋰離子的化學計量數。從上式可以看出，兩極所需要的質量比依賴于兩極相應的庫侖容量及其各自可逆鋰離子的數目。一般說來，較小的質量比導致負極材料的不完全利用；較大的質量比則可能由于負極被過充電而存在安全隱患。總之在最優化的質量比處，電池性能最佳。
對于理想的Li-ion電池系統，在其循環周期內容量平衡不發生改變，每次循環中的初始容量為一定值，然而實際上情況卻復雜得多。任何能夠產生或消耗鋰離子或電子的副反應都可能導致電池容量平衡的改變，一旦電池的容量平衡狀態發生改變，這種改變就是不可逆的，并且可以通過多次循環進行累積，對電池性能產生嚴重影響。
在鋰離子電池中，除了鋰離子脫嵌時發生的氧化還原反應外，還存在著大量的副反應，如電解液分解、活性物質溶解、金屬鋰沉積等，如圖1所示。Arora等[3]將這些容量衰減的過程與半電池的放電曲線對照起來，使得我們可以清楚地看出電池工作時發生容量衰減的可能性及其原因，如圖2所示。
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