锂电池是什么？

锂离子电池的寿命通常定义为达到容量损失或阻抗上升的故障阈值时的充放电循环次数。制造商的数据表中使用“循环寿命”一词，以达到额定电池容量80%时的循环次数作为电池寿命的标准。然而，电池在储存时即使没有活动，其容量也会逐渐降低，因此“日历寿命”被用于表示电池在整个寿命周期内的总时间，包括循环使用和非活动存储操作。

锂离子电池的寿命受到多种应力因素的影响，包括温度、放电电流、充电电流和充电状态范围。在实际应用中，电池往往没有完全充电和放电，因此通过完全放电周期来定义电池寿命可能会产生歧义。为了更准确地计算电池寿命，研究人员有时使用累积放电来表示电池在其整个寿命或等效完整周期内输送的总电量。这种计算方法将部分循环的总和作为完整充放电循环的一部分。累积放电可以乘以额定标称电压，以计算电池在整个使用寿命中所提供的总能量。

电池的降解受到温度和充电状态的影响。在25°C左右时，电池的降解速率最小。高充电水平和高温会加速电池的容量损失。碳阳极在使用时会发热，电池可以通过冷藏来降低温度效应。袋状和圆柱形电池的温度与放电电流呈线性关系。二者的内部通风不良也可能增加温度。不同温度下，电池的损失率会有所不同。例如，在0°C时损失6%，在25°C时损失20%，在40°C时损失35%。

锂离子电池中的固体电解质间相层（SEI）对电池性能有重要影响。SEI层由电解质-碳酸盐还原产物组成，可作为离子导体和电子绝缘体。该层形成在阳极和阴极上，决定电池的许多性能参数。在典型条件下，例如室温和没有电荷效应和污染物，该层在第一次充电后达到固定厚度，可保证设备运行多年。然而，操作参数之外会导致设备降级。SEI层的出现改善了电池的性能，但增加了热降解的脆弱性。

锂离子电池在数千次循环中容易出现容量衰减。在负电极中形成的SEI层导致锂离子的消耗，从而降低电极材料的充电和放电效率。然而，SEI膜不溶于有机溶剂，因此在有机电解质溶液中是稳定的。如果向电解质中添加适当的添加剂以促进SEI的形成，可以有效地防止溶剂分子的共包埋，并避免对电极材料的损害。SEI膜还允许锂离子通过，禁止电子通过，保证充放电循环的连续性。SEI还阻碍了锂离子的进一步消耗，极大地改善了电极的循环性能和使用寿命。

锂离子电池的寿命受到多种降解机制的影响。阳极上的化学还原和电解质的热分解会导致容量损失。在阴极上，电解质被阴极化学氧化和阴极热分解也会导致容量损失。电荷效应引起的内部短路会导致发热、着火或爆炸。这些降解机制受到温度、充电水平和电解质成分的影响。因此，通过适当的温度控制、适当的充电水平和电解质添加剂，可以延长电池的使用寿命并提高其性能。