鋰離子電池的工作機(jī)理并定義了電池衰減的類型，將衰減定義為性能衰減和安全性衰減兩類。同時(shí)為了便于理解還提出一個(gè)類比模型，若電池像是一個(gè)城市，那么電池正極狀態(tài)反應(yīng)的是城市有的工作崗位，電池負(fù)極代表城市里的住宅公寓，Li+則是城市中的就業(yè)人員。那么我們可以初步通過這個(gè)類比模型來理解電池衰減的可能原因：

性能衰減：

1.容量衰減：相當(dāng)于城市的生產(chǎn)總值下降了，可能是就業(yè)崗位減少，居住成本太高或居住環(huán)境劣化，以及就業(yè)人口流失。對應(yīng)的也就是正負(fù)極活性材料減少和可移動(dòng)的Li+減少。

2.內(nèi)阻增加：相當(dāng)于城市的工作效率低下，可能是政府行政阻力大，或是交通系統(tǒng)癱瘓導(dǎo)致員工上下班成本高，以及城市規(guī)劃不合理居住地和工作地越來越遠(yuǎn)。也就是電池歐姆阻抗增大，導(dǎo)電性能下降，Li+運(yùn)動(dòng)路徑劣化。

3.自放電大：相當(dāng)于城市失業(yè)人口比例上升，占用了城市的資源卻沒有創(chuàng)造效益。也就是Li+異常損耗，電池內(nèi)部微短路。

安全性衰減：

1.內(nèi)短路風(fēng)險(xiǎn)增大：隔膜受損破裂或受熱收縮。

2.機(jī)械形變和漏液：電池內(nèi)部產(chǎn)氣壓力導(dǎo)致電池變形破損。

通過上面的描述我們大致可以想象出導(dǎo)致電池衰減的原因，那么又是哪些具體的應(yīng)用場景導(dǎo)致了上述的情況發(fā)生呢?本篇主要來梳理一下電池的具體衰減場景和影響因素。

1.正負(fù)極材料脫落和老化

電池在不斷的充放電過程中正負(fù)極會不斷進(jìn)行收縮和膨脹變化，不可避免的會產(chǎn)生正負(fù)極材料在集流體上的脫落，使得可嵌入Li+的晶格數(shù)量下降，從而影響了電池容量。下圖是磷酸鐵鋰正極材料產(chǎn)生反應(yīng)的拓?fù)渥兓诔浞烹娺^程中正極材料發(fā)生LiFePo4和FePo4的轉(zhuǎn)化，由于整體的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性比較好，不容易發(fā)生晶格塌陷的情況。但有些正極材料(如LCO)結(jié)構(gòu)容易被破壞，導(dǎo)致正極材料的活性物質(zhì)損失。

2.SEI膜分解與再生成

在電池原理的介紹中提到電解液在化成過程中會和負(fù)極發(fā)生界面反應(yīng)，消耗一部分Li+形成SEI膜;這個(gè)SEI膜能起到保護(hù)電極的作用，理論上如果SEI膜足夠穩(wěn)定就能夠防止電解液與負(fù)極材料繼續(xù)發(fā)生反應(yīng)。但在實(shí)際中SEI膜或多或少會不斷的分解和再生成，在這個(gè)過程中就會造成正負(fù)極材料、電解液、以及Li+的持續(xù)損失(這也是導(dǎo)致電池自放電的部分原因)。并且SEI膜的不斷增厚會造成負(fù)極表面擴(kuò)散孔道的堵塞，不利于Li+的擴(kuò)散，這也就導(dǎo)致了電池內(nèi)阻的不斷增大。

3.產(chǎn)生析鋰(過流、低溫)

當(dāng)電池超過可承受的倍率電流運(yùn)行的時(shí)候，大量的Li+來不及嵌入電極，導(dǎo)致在電極表面大量的Li+堆積，最終在電極表面形成了金屬鋰枝晶。這種情況尤其容易出現(xiàn)在低溫充電過程中，一方面在低溫環(huán)境下離子移動(dòng)嵌入速度本身就會大幅下降，另一方面Li+從正極脫出的速度比在負(fù)極嵌入的速度更快，因此在低溫環(huán)境控制充電電流尤為重要。除此之外電解液不均勻，水含量超標(biāo)等原因等可能導(dǎo)致析鋰問題。

4.隔膜損傷(高溫)

首先電池電極表面一旦存在金屬鋰枝晶，則就有可能刺穿隔膜，引發(fā)正負(fù)極的短路。除此之外隔膜在高溫環(huán)境下會分解和收縮，這種情況下也會引起短路。而一旦正負(fù)極短路，那么電子就無需通過外部電路即可到達(dá)正極，那么電池的整個(gè)電化學(xué)反應(yīng)就失控了，產(chǎn)生過流、過溫的現(xiàn)象從而進(jìn)一步損傷電池，并引起熱失控等更嚴(yán)重的問題。

5.電解液的損耗和分解(過壓、欠壓)

前面提到SEI膜的生成過程就會損失一部分的電解液，同時(shí)電池電解液的配方是根據(jù)該電池的電壓工作區(qū)間確定，因此不合理的使用電池(過壓欠壓)也會造成電解液的分解。例如當(dāng)電池過充時(shí)，即正極材料化合價(jià)升高(過多失去電子)，此時(shí)正極材料還原性很強(qiáng)，就容易通過與電解液發(fā)生反應(yīng)來得到電子，反應(yīng)不僅消耗了電解液和正極材料，同時(shí)還會生成氣體引發(fā)機(jī)械形變和漏液的隱患。

6.集流體氧化

集流體長期和電解液接觸過程中會被氧化，正集流體表面形成的氧化鋁，負(fù)集流體表面形成氧化銅;隨著氧化程度的加劇，電子導(dǎo)通性能就收到影響，相當(dāng)于電池的歐姆阻抗隨著充放電循環(huán)會不斷的增大。

通過上面的分析我簡單畫了一張電池的壽命影響因素圖：

確保電池長壽命安全穩(wěn)定的工作的前提在于始終保持電化學(xué)反應(yīng)的可控和有序。而一旦超過了合理的使用條件，發(fā)生過壓、欠壓、過溫、過流、機(jī)械損傷等情況時(shí)，電池的衰減將顯著加劇，并且引發(fā)更為嚴(yán)重的安全問題。