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什么是锂离子电池?有哪些特性和优点?( 二 )

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2、对电池内阻及倍率充放电性能的影响
内阻是指电流通过电池时所受到的阻力，它包括欧姆内阻和电极在电化学过程中所表现的极化阻力 ， 对于锂离子电池而言，还应包括电极/电解质间的界面电阻 。为此，欧姆内阻、电极/电解质界面电阻和极化内阻之和为锂离子电池的全内阻 ， 它是衡量化学电源性能的一个重要指标，并且直接影响电池的工作电压、工作电流、输出的能量和功率等 。
电池的欧姆内阻主要源于电解质的导电性，此外还应包括电极材料和隔膜的电阻 。电解质部分的导电机制是离子导电，导电过程中受到的阻力通常要比电子导电部分受到的阻力大得多 。电极与电解质界面电阻在锂离子电池中有十分重要的意义 ， 锂离子穿越该界面时的阻力越大，电池内阻越高 。通常情况下，界面电阻明显高于欧姆内阻 。
锂离子电池中 ， 锂离子的嵌层和脱层都是在电极与电解质的相界面上进行的，该反应进行的难易程度，也就是电化学极化的程度，不仅与电极材料的本性有关 ，  也和电解质与电极材料的界面状况、锂离子在电解质中的存在状态和锂离子与电解质间的相互作用等因素有关 。从这个意义上讲，电解质体系的性质也在一定程度上对电池的极化电阻产生影响 。
倍率充放电性能是衡量锂离子电池在快速充放电条件下容量保持能力的重要指标 。电池的倍率充放电性能取决于锂离子在电极材料中的迁移率、电解质的电导率、 电极/电解质相界面的锂离子迁移率，其中后两者都与电解液的组成和性质密切相关 。
3、对电池操作温度范围的影响
由于发生在电极与电解质相界面的电极反应的温度依赖性大 ， 在所有的环境因素中，温度对电池性能的影响最为明显 。低温条件下，电极反应的速率下降，甚至反应终止 ， 电池的性能因而明显下降，甚至无法正常使用 。升高温度时，电极反应加剧，但电极/电解质相界面的副反应也同时被加剧 ， 这些副反应往往对电池有很大的破坏性，电池的性能受到影响 。因此，电池工作的最佳温度应当是最有利于电极反应而没有明显副反应发生时的温度，液态锂离子电池操作温度范围通常在-10-45℃;最低工作温度一般不低于-20℃，最高工作温度一般不超过60℃ 。
对于液体电解质的锂离子电池而言 ， 拓宽其工作温度范围的主要途径是拓展电解质的液程、提高电解质在低温条件下的电导率和高温条件下的稳定性 。而对于固体电解质而言，要拓宽其操作温度范围，必须设法提高电解质在室温甚至低温条件下的电导率，并降低其与电极材料间的界面阻抗 。
4、对电池储存和循环寿命的影响
锂离子电池在长期储存过程中的老化是影响电池储存性能的关键 ， 一个商品锂离子电池 ， 即便从不使用，其储存寿命也仅有3年左右 。电池老化的原因是多方面的，其中电极集流体的腐蚀和电极活性物质从集流体脱落而失去电化学活性是主要原因，而电解质的性质与集流体的腐蚀和电极材料在其中的稳定性密切相关 ， 因此，电解质在很大程度上影响甚至决定着电池存储寿命 。
循环寿命是评价二次电池优劣的一个重要指标，一般以电池的容量降低到某一特定值时的循环次数来度量 。影响锂离子电池循环寿命的因素很多，包括电极材料的稳定性、电解质的稳定性、充放电速率，充放电深度和温度等 。对于锂离子电池而言，除了正确的使用和维护外 ， 导致电池循环寿命不长的原因主要有以下几点：

什么是锂离子电池?有哪些特性和优点?

文章插图
电池循环寿命不长的原因
由于上述因素的影响，目前，锂离子电池的正常使用寿命大约为2-3年，而上述因素大都与电解质的性质有一定关系 。
5、对电池安全性的影响
锂离子电池以晶格内部储锂机制取代了传统的锂二次电池中金属锂的溶出和沉积，消除了负极表面枝晶锂的生长，降低电池短路的机会，但这并没有从根本上消除电池的安全隐患 。如液态锂离子电池在过充电条件下负极表面同样会发生金属锂的沉积 ， 而正极表面出现电解质在高电位条件下的氧化分解，电池内部出现一系列不安全的副反应 。此外，电池在大电流充放电的情况下产生的大量热不能及时散失，导致电池的温度迅速升高，也会给电池带来显著的安全性问题 。
虽然电极材料的稳定性、电解液组成以及电池本身的制造工艺和使用条件等都是影响锂离子电池安全性的主要因素 。但液态锂离子电池安全性问题的根源仍然是有机液体电解质自身的挥发性和高度的可燃性 。因此 ， 对液态锂离子电池安全性的研究主要集中在电极材料与电解液的反应及其热效应方面，这些研究加深了人们对锂离子电池内部所发生的一系列放热反应和燃烧机理的认识 。但要从根本上消除电池的安全隐患，必须消除有机溶剂的可燃性，开发安全性更高或使用根本不燃烧的电解质体系，特别是对于大型、高功率密度的锂离子电池而言 。


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