锂电池为什么会衰减？

首先，直观、简单地介绍一下锂离子电池的工作原理。

如下图所示，有两个容器，分别叫正极与负极(上图的长方形框框，负为N,negative；正为P,positive)；有一种液体，叫做锂离子(Li+)。充电就是把锂离子从负极倒入正极，放电就是把锂离子从正极倒入负极。

 

正负极容器的大小是精心设计的——这很好理解，如果正极容器大小为100L，而负极为1L，那这个电池的容量充其量也就是1L——精心设计也就意味着，如果正极或负极的容器大小发生变化，就会破坏这个“精心设计”，从而也会影响电池容量。

 

 

二、衰减机理

 

明白了工作原理，那么衰减机理也很容易理解。无非就3样东西搞来搞去，就这么几种变化：

 

1. LLI, loss of lithium inventory，锂离子损失。图中，Ia是锂离子在负极损失，Ib是锂离子在正极损失。

 

2. LAM, loss of active material，正极或负极活性材料损失。上文中粗略地说锂离子是存在正负极中的，精确一些，实际上是存在正负极的活性材料(active material)中的。活性材料损失，就可以理解为容器损失。图中，IIa是负极活性材料损失，IIb是正极活性材料损失。

 

 

 

3. LLI与LAM同时发生。 这种情况，本质上是活性材料损失，不幸的是，所损失的活性材料中恰好还存储着锂离子……如IIIa与b所示。

 

4. 自放电：负极锂离子通过微弱的自放电电流，不经意间跑到了正极——这种是可逆的容量损失可逆活性锂损失(RLLI, reversible LLI)，而非不可逆容量损失可逆活性锂损失(IRLLI, irreversible LLI)。题主所指的损耗可能只是指RLLI，因此IRLLI不作详细讨论。

 

 

 

锂离子电池的容量衰减逃不出以上这几种情况，通常是某种情况之一或是几种情况的组合[1]。

 

三、最常见的衰减机理

 

锂离子电池最常见的衰减机理包括SEI(Solid Electrolyte Interphase)生长与锂析出(Lithium plating)两种，都是发生在负极，都是LLI。即，都为图中的Ia情景。

 

通常，将正常的充电与放电，称为“主反应”。而不期望的电化学反应，称为“副反应”(side reaction)。

 

1. SEI生长的副反应可写作：S + 2Li+ + 2e−→P。其中，S是solvent，是电解液。P是product，就是反应产物。

 

2. 锂析出的副反应可写作：Li+ + e−→Li(s)。

这些都是经典的电化学反应，但副反应在哪个界面上发生的？什么时候发生得快，什么时候慢，都还没有完全搞清楚[2]。