為什么鋰電池容量越用越低?
數碼產品的用戶們發現,隨著時間的推移,鋰電池容量總會損耗掉一些。雖然剛買來時鋰電池容量的續航表現還不錯,但經歷2年頻繁的充放電之后,鋰電池容量就完全是兩個樣了。好消息是,美國能源部的科學家們,最近似乎搞清楚了導致電池“縮容”的其中一種機理,未來有望想出應對的策略。在一顆常見的鋰離子可充電電池中,鋰離子可以在陰陽兩極的電解液中穿行,從而產生為設備供能的電流。而所謂的容量,可簡單理解成電池中(在充放電時)來回跑的鋰離子體積。
鋰電池容量隨著循環次數的增加而逐漸下降,充電電壓平臺升高,放電電壓平臺明顯下降,放電電壓平臺變短。由歐姆定律可知,電池在恒流充放電時,其輸入輸出電壓與電阻、電流存在以下關系:V=E-IR。式中,E為電池在平衡電位下的電動勢,I為恒流充放電電流(充電時電流為負值、放電時電流為正值),R是電池的總內阻,包括溶液內阻,正負極的極化內阻以及活性物質和溶液之間、活性物質與集流體之間的接觸電阻。電池在恒流充放制式下進行循環,充放電電流保持恒定不變。而隨循環次數增加,電池的總內阻在不斷增大。因此,電池循環過程中,充電電壓平臺逐漸升高,而放電電壓平臺逐漸降低。
美國能源部的這項研究發現,組成電池電極的材料經常會破裂分解,使得某些金屬離子(這里特指錳元素)可以自由浮動并跑到相反的電極那,然后困陷住鋰離子。
隨著時間的推移,越來越多的鋰離子不能投入正常工作(被鎖住),鋰電池的容量也因此而逐漸降低,最終導致無法繼續提供理想的續航時間。
研究 解釋到:鋰電池容量變小是與電極上錳元素的管理 、以及被困住的鋰離子數量有著嚴格的相關性。未來在延長鋰電池使用壽命的方法上,這個技術難關是要克服才有可能的。