鋰離子電池是繼鎘鎳、氫鎳電池之后發(fā)展最快的二次電池。它的高能特性讓它的未來(lái)看起來(lái)一片光明。但是，鋰離子電池并不完美，其最大的問(wèn)題就是它的充放電循環(huán)的穩(wěn)定性。本文總結(jié)并分析了鋰離子電池容量衰減的可能原因，包括過(guò)充電，電解液分解及自放電。

鋰離子電池在兩個(gè)電極間發(fā)生嵌入反應(yīng)時(shí)具有不同的嵌入能量，而為了得到電池的最佳性能，兩個(gè)宿主電極的容量比應(yīng)該保持一個(gè)平衡值。

在鋰離子電池中，容量平衡表示成為正極對(duì)負(fù)極的質(zhì)量比，

即：γ=m+/m-=ΔxC-/ΔyC+

上式中C指電極的理論庫(kù)侖容量，Δx、Δy分別指嵌入負(fù)極及正極的鋰離子的化學(xué)計(jì)量數(shù)。從上式可以看出，兩極所需要的質(zhì)量比依賴(lài)于兩極相應(yīng)的庫(kù)侖容量及其各自可逆鋰離子的數(shù)目。

一般說(shuō)來(lái)，較小的質(zhì)量比導(dǎo)致負(fù)極材料的不完全利用；較大的質(zhì)量比則可能由于負(fù)極被過(guò)充電而存在安全隱患。總之在最優(yōu)化的質(zhì)量比處，電池性能最佳。

對(duì)于理想的Li-ion電池系統(tǒng)，在其循環(huán)周期內(nèi)容量平衡不發(fā)生改變，每次循環(huán)中的初始容量為一定值，然而實(shí)際情況卻復(fù)雜得多。

任何能夠產(chǎn)生或消耗鋰離子或電子的副反應(yīng)都可能導(dǎo)致電池容量平衡的改變，一旦電池的容量平衡狀態(tài)發(fā)生改變，這種改變就是不可逆的，并且可以通過(guò)多次循環(huán)進(jìn)行累積，對(duì)電池性能產(chǎn)生嚴(yán)重影響。

在鋰離子電池中，除了鋰離子脫嵌時(shí)發(fā)生的氧化還原反應(yīng)外，還存在著大量的副反應(yīng)，如電解液分解、活性物質(zhì)溶解、金屬鋰沉積等

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原因一：過(guò)充電

1、石墨負(fù)極的過(guò)充反應(yīng)：

電池在過(guò)充時(shí)，鋰離子容易還原沉積在負(fù)極表面：

沉積的鋰包覆在負(fù)極表面，阻塞了鋰的嵌入。導(dǎo)致放電效率降低和容量損失，原因有：

①可循環(huán)鋰量減少；

②沉積的金屬鋰與溶劑或支持電解質(zhì)反應(yīng)形成Li2CO3，LiF或其他產(chǎn)物；

③金屬鋰通常形成于負(fù)極與隔膜之間，可能阻塞隔膜的孔隙增大電池內(nèi)阻；

④由于鋰的性質(zhì)很活潑，易與電解液反應(yīng)而消耗電解液.從而導(dǎo)致放電效率降低和容量的損失。

快速充電，電流密度過(guò)大，負(fù)極嚴(yán)重極化，鋰的沉積會(huì)更加明顯。這種情況容易發(fā)生在正極活性物相對(duì)于負(fù)極活性物過(guò)量的場(chǎng)合。但是，在高充電率的情況下，即使正負(fù)極活性物的比例正常，也可能發(fā)生金屬鋰的沉積。

2、正極過(guò)充反應(yīng)

當(dāng)正極活性物相對(duì)于負(fù)極活性物比例過(guò)低時(shí)，容易發(fā)生正極過(guò)充電。

正極過(guò)充導(dǎo)致容量損失主要是由于電化學(xué)惰性物質(zhì)（如Co3O4，Mn2O3等）的產(chǎn)生，破壞了電極間的容量平衡，其容量損失是不可逆的。

（1）LiyCoO2

LiyCoO2→(1-y)/3[Co3O4＋O2(g)]＋yLiCoO2y<0.4

同時(shí)正極材料在密封的鋰離子電池中分解產(chǎn)生的氧氣由于不存在再化合反應(yīng)（如生成H2O）與電解液分解產(chǎn)生的可燃性氣體同時(shí)積累，后果將不堪設(shè)想。

（2）λ-MnO2

鋰錳反應(yīng)發(fā)生在鋰錳氧化物完全脫鋰的狀態(tài)下：λ-MnO2→Mn2O3+O2(g)

3、電解液在過(guò)充時(shí)氧化反應(yīng)

當(dāng)壓高于4.5V時(shí)電解液就會(huì)氧化生成不溶物（如Li2Co3）和氣體，這些不溶物會(huì)堵塞在電極的微孔里面阻礙鋰離子的遷移而造成循環(huán)過(guò)程中容量損失。

影響氧化速率因素：

正極材料表面積大小

集電體材料

所添加的導(dǎo)電劑（炭黑等）

炭黑的種類(lèi)及表面積大小

在目前較常用電解液中，EC/DMC被認(rèn)為是具有最高的耐氧化能力。溶液的電化學(xué)氧化過(guò)程一般表示為：溶液→氧化產(chǎn)物(氣體、溶液及固體物質(zhì))+ne-

任何溶劑的氧化都會(huì)使電解質(zhì)濃度升高，電解液穩(wěn)定性下降，最終影響電池的容量。假設(shè)每次充電時(shí)都消耗一小部分電解液，那么在電池裝配時(shí)就需要更多的電解液。對(duì)于恒定的容器來(lái)說(shuō)，這就意味著裝入更少量的活性物質(zhì)，這樣會(huì)造成初始容量的下降。此外，若產(chǎn)生固體產(chǎn)物，則會(huì)在電極表面形成鈍化膜，這將引起電池極化增大而降低電池的輸出電壓

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原因二：電解液分解（還原）

I在電極上分解

1、電解質(zhì)在正極上分解：

電解液由溶劑和支持電解質(zhì)組成，在正極分解后通常形成不溶性產(chǎn)物L(fēng)i2Co3和LiF等，通過(guò)阻塞電極的孔隙而降低電池容量，電解液還原反應(yīng)對(duì)電池的容量和循環(huán)壽命會(huì)產(chǎn)生不良影響，并且由于還原產(chǎn)生了氣體會(huì)使電池內(nèi)壓升高，從而導(dǎo)致安全問(wèn)題。

正極分解電壓通常大于4.5V(相對(duì)于Li/Li+)，所以，它們?cè)谡龢O上不易分解。相反，電解質(zhì)在負(fù)極較易分解。

2、電解質(zhì)在負(fù)極上分解：

電解液在石墨和其它嵌鋰碳負(fù)極上穩(wěn)定性不高，容易反應(yīng)產(chǎn)生不可逆容量。初次充放電時(shí)電解液分解會(huì)在電極表面形成鈍化膜，鈍化膜能將電解液與碳負(fù)極隔開(kāi)阻止電解液的進(jìn)一步分解。從而維持碳負(fù)極的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。理想條件下電解液的還原限制在鈍化膜的形成階段，當(dāng)循環(huán)穩(wěn)定后該過(guò)程不再發(fā)生。

鈍化膜的形成

電解質(zhì)鹽的還原參與鈍化膜的形成，有利于鈍化膜的穩(wěn)定化，但是

（1）還原產(chǎn)生的不溶物對(duì)溶劑還原生成物會(huì)產(chǎn)生不利影響；

（2）電解質(zhì)鹽還原時(shí)電解液的濃度減小，最終導(dǎo)致電池容量損失（LiPF6還原生成LiF、LixPF5－x、PF3O和PF3）；

（3）鈍化膜的形成要消耗鋰離子，這會(huì)導(dǎo)致兩極間容量失衡而造成整個(gè)電池比容量降低。

（4）如果鈍化膜上有裂縫，則溶劑分子能透入，使鈍化膜加厚，這樣不但消耗更多的鋰，而且有可能阻塞碳表面上的微孔，導(dǎo)致鋰無(wú)法嵌入和脫出，造成不可逆容量損失。在電解液中加一些無(wú)機(jī)添加劑，如CO2，N2O，CO，SO2等，可加速鈍化膜的形成，并能抑制溶劑的共嵌和分解，加入冠醚類(lèi)有機(jī)添加劑也有同樣的效果，其中以12冠4醚最佳。

成膜容量損失的因素：

（1）工藝中使用碳的類(lèi)型；

（2）電解液成份；

（3）電極或電解液中添加劑。

Blyr認(rèn)為離子交換反應(yīng)從活性物質(zhì)粒子表面向其核心推進(jìn)，形成的新相包埋了原來(lái)的活性物質(zhì)，粒子表面形成了離子和電子導(dǎo)電性較低的鈍化膜，因此貯存之后的尖晶石比貯存前具有更大的極化。

Zhang通過(guò)對(duì)電極材料循環(huán)前后的交流阻抗譜的比較分析發(fā)現(xiàn)，隨著循環(huán)次數(shù)的增加，表面鈍化層的電阻增加，界面電容減小。反映出鈍化層的厚度是隨循環(huán)次數(shù)而增加的。錳的溶解及電解液的分解導(dǎo)致了鈍化膜的形成，高溫條件更有利于這些反應(yīng)的進(jìn)行。這將造成活性物質(zhì)粒子間接觸電阻及Li+遷移電阻的增大，從而使電池的極化增大，充放電不完全，容量減小。

II電解液的還原機(jī)理

電解液中常常含有氧、水、二氧化碳等雜質(zhì)，在電池充放電過(guò)程中發(fā)生氧化還原反應(yīng)。

電解液的還原機(jī)理包括溶劑還原、電解質(zhì)還原及雜質(zhì)還原三方面：

1、溶劑的還原

PC和EC的還原包括一電子反應(yīng)和二電子反應(yīng)過(guò)程，二電子反應(yīng)形成Li2CO3：

Fong等認(rèn)為，在第一次放電過(guò)程中，電極電勢(shì)接近O.8V(vs.Li/Li+)時(shí)，PC/EC在石墨上發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，生成CH=CHCH3(g)/CH2=CH2(g)和LiCO3(s)，導(dǎo)致石墨電極上的不可逆容量損失。

Aurbach等對(duì)各種電解液在金屬鋰電極和碳基電極上還原機(jī)理及其產(chǎn)物進(jìn)行了廣泛的研究，發(fā)現(xiàn)PC的一電子反應(yīng)機(jī)理產(chǎn)生ROCO2Li和丙烯。ROCO2Li對(duì)痕量水很敏感，有微量水存在時(shí)主要產(chǎn)物為L(zhǎng)i2CO3和丙稀，但在干燥情況下并無(wú)Li2CO3產(chǎn)生。

DEC的還原：

Ein-EliY報(bào)道，由碳酸二乙酯(DEC)和碳酸二甲酯(DMC)混合而成的電解液，在電池中會(huì)發(fā)生交換反應(yīng)，生成碳酸甲乙酯(EMC)，對(duì)容量損失產(chǎn)生一定的影響。

2、電解質(zhì)的還原

電解質(zhì)的還原反應(yīng)通常被認(rèn)為是參與了碳電極表面膜的形成，因此其種類(lèi)及濃度都將影響碳電極的性能。在某些情況下，電解質(zhì)的還原有助于碳表面的穩(wěn)定，可形成所需的鈍化層。

一般認(rèn)為，支持電解質(zhì)要比溶劑容易還原，還原產(chǎn)物夾雜于負(fù)極沉積膜中而影響電池的容量衰減。幾種支持電解質(zhì)可能發(fā)生的還原反應(yīng)如下：

3、雜質(zhì)還原

（1）電解液中水含量過(guò)高會(huì)生成LiOH(s)和Li2O沉積層，不利于鋰離子嵌入，造成不可逆容量損失：

H2O＋e→OH-＋1/2H2

OH-＋Li+→LiOH(s)

LiOH＋Li+＋e-→Li2O(s)＋1/2H2

生成LiOH(s)在電極表面沉積，形成電阻很大的表面膜，阻礙Li+嵌入石墨電極，從而導(dǎo)致不可逆容量損失。溶劑中微量水(100-300×10-6)對(duì)石墨電極性能沒(méi)影響。

（2）溶劑中的CO2在負(fù)極上能還原生成CO和LiCO3(s)：

2CO2＋2e-＋2Li+→Li2CO3＋CO

CO會(huì)使電池內(nèi)壓升高，而Li2CO3（s）使電池內(nèi)阻增大影響電池性能。

（3）溶劑中的氧的存在也會(huì)形成Li2O

1/2O2+2e-+2Li+→Li2O

電子產(chǎn)品包括游戲筆記本的電池是消耗品。可能很多機(jī)友對(duì)自己電腦電池的使用壽命沒(méi)有在意，但是在筆記本電腦使用超過(guò)半年以后，電池的續(xù)航能力的確會(huì)下降，很多筆記本電腦用戶(hù)想必深有體會(huì)。

筆記本電腦的電池為什么會(huì)損耗

首先，需要機(jī)友們要明確一點(diǎn)，筆記本電腦的電池是隨時(shí)在損耗的。但很多不良習(xí)慣的存在會(huì)加速筆記本電腦電池的損耗。

加速筆記本電腦電池?fù)p耗的原因有以下幾種：

使用劣質(zhì)、不適配的充電器。

很多人筆記本電腦的充電器丟了，去花便宜錢(qián)找了一個(gè)劣質(zhì)充電器，或用了電壓和筆記本承受電壓不適配的充電器，都會(huì)加速筆記本電腦的電池老化。

高溫環(huán)境下玩電腦。

電池正常產(chǎn)生的熱量很難散去，溫度逐漸升高，導(dǎo)致電池老化。需要注意的是，高溫下完電腦溫度達(dá)到臨界點(diǎn)，有燃燒爆炸的危險(xiǎn)。

拔下充電器的時(shí)候玩大型游戲。

將筆記本電腦的亮度開(kāi)到最大等，會(huì)使得筆記本電腦承載更多的電池續(xù)航能力，這些都會(huì)加速筆記本電腦電池的損耗。

不關(guān)機(jī)。

直接合住筆記本蓋子，就把筆記本放在封閉性的電腦包、或者筆記本袋子里，筆記本繼續(xù)工作，發(fā)熱，包里的熱氣無(wú)法排出，導(dǎo)致筆記本電腦電池的損耗。

如何進(jìn)行筆記本電腦電池的保養(yǎng)

先來(lái)普及一個(gè)筆記本電腦電池的保養(yǎng)誤區(qū)。有人說(shuō)前三次使用筆記本電腦，需要充電12小時(shí)，其實(shí)那是針對(duì)鎳系電池來(lái)說(shuō)的，現(xiàn)在使用的鋰電池，只要顯示充滿(mǎn)電就可以拔了。

養(yǎng)成良好的筆記本電腦使用習(xí)慣。

不用電腦時(shí)，請(qǐng)將電腦關(guān)閉或者休眠；屏幕亮度合適即可，不要長(zhǎng)時(shí)間調(diào)的太亮；學(xué)會(huì)進(jìn)行節(jié)能設(shè)置；當(dāng)電池出現(xiàn)報(bào)警時(shí)，請(qǐng)及時(shí)保存資料，連接充電器或者直接關(guān)機(jī)，不要在電池出現(xiàn)報(bào)警、電量低時(shí)，還讓電腦運(yùn)載大批量的數(shù)據(jù)。

盡量減少使用電池的次數(shù)。

電池的充放電次數(shù)直接關(guān)系到壽命，每充一次，電池就向退役前進(jìn)了一步。建議大家盡量使用外接電源。

電量用盡后再充電和避免充電時(shí)間過(guò)長(zhǎng)。

使用劣質(zhì)、不適配的充電器。

不管您的筆記本使用鋰電還是鎳氫電，一定要將電量用盡后再充(電量低于1%)，這是避免記憶效應(yīng)的最好方法。鋰電同樣會(huì)有記憶效應(yīng)，只是它的記憶效應(yīng)比鎳氫小一些罷了。

在平時(shí)注意保護(hù)。

使用時(shí)要防止曝曬、防止受潮、防止化學(xué)液體侵蝕、避免電池觸點(diǎn)與金屬物接觸等情況的發(fā)生。

除了注意上面提到的幾點(diǎn)筆記本電腦電池保養(yǎng)，機(jī)友們?cè)谄綍r(shí)不玩游戲的情況下可以按照下面兩種方法調(diào)節(jié)來(lái)增加電源的續(xù)航時(shí)間。

方法一

電源模式調(diào)整為節(jié)能

設(shè)置方法：Windows控制面板-硬件和聲音-電源選項(xiàng)

Windows電源管理的三種模式

高性能模式：可以帶來(lái)處理器等硬件滿(mǎn)頻工作，風(fēng)扇最大轉(zhuǎn)速等，全部不惜電量的去運(yùn)行，適合長(zhǎng)時(shí)間連接電源適配器使用。

均衡模式：系統(tǒng)會(huì)根據(jù)是否連接電源適配器進(jìn)行預(yù)設(shè)，在使用電池狀態(tài)時(shí)進(jìn)行部分節(jié)能模式，以達(dá)到省電延長(zhǎng)續(xù)航的目的。

省電模式：此模式下，系統(tǒng)會(huì)在運(yùn)行需求為前提，進(jìn)行最大的節(jié)能設(shè)置，以達(dá)到最佳的省電狀態(tài)。

方法二

開(kāi)啟Windows10中節(jié)電模式

開(kāi)啟方法：Windows10設(shè)置-系統(tǒng)-電池

Windows10的節(jié)電模式

節(jié)電模式是伴隨著Windows10操作系統(tǒng)推出的一個(gè)功能，也就是只有在Windows10操作系統(tǒng)的機(jī)型中才能使用。

此模式下，Windows會(huì)通過(guò)限制后臺(tái)活動(dòng)與推送通知來(lái)延長(zhǎng)電池使用時(shí)長(zhǎng)。開(kāi)啟此功能后，屏幕亮度會(huì)二次降低，即無(wú)論在哪種電源模式下，只要開(kāi)啟節(jié)電模式屏幕亮度會(huì)再次降低，強(qiáng)制性進(jìn)行硬件規(guī)格的省電。

此外，省電模式和節(jié)電模式可以同時(shí)開(kāi)啟，這樣組合可以達(dá)到最優(yōu)化的省電方案。

機(jī)械師除了高性能、更長(zhǎng)續(xù)航能力的鋰電池，還采用了出風(fēng)口后置設(shè)計(jì)，讓散熱通風(fēng)效果更佳；同時(shí)采用了更高的散熱功率，使得電腦系統(tǒng)甚至顯卡承受負(fù)荷可以在保持低溫的狀態(tài)下運(yùn)行。這樣可以防止電池的損耗，為電池的長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行增加了一道籌碼！

讓每一臺(tái)筆記本電腦，經(jīng)過(guò)歲月風(fēng)霜的洗禮之后，依然能夠迅捷如初，反應(yīng)敏捷；依然能夠長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行，在游戲的世界中縱情馳騁。

因?yàn)榻饘黉嚺c完全嵌鋰的碳之間電位差較小，電解液在碳上的還原與在鋰上的還原類(lèi)似。

原因三：自放電

自放電是指電池在未使用狀態(tài)下，電容量自然損失的現(xiàn)象。鋰離子電池自放電導(dǎo)致容量損失分兩種情況：