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电池过度充电会造成哪些损害?

电池过度充电会造成以下多方面的损害:

 

一、对电极材料的损害

 

1.正极材料

对于常见的锂离子电池,过度充电会导致正极材料中的锂过度脱出。例如在钴酸锂正极材料中,过多的锂脱出会使材料的结构稳定性变差,可能引发晶格塌陷。这不仅会减少电池的容量,还会使正极材料的电化学性能急剧下降。

在一些高电压正极材料中,过度充电会加速材料与电解液之间的副反应。例如,高镍三元正极材料在过度充电时,容易与电解液发生反应,生成气体和不稳定的界面层,导致电池内阻增大,容量衰减加速。

2.负极材料

过度充电可能使负极材料表面的固体电解质界面(SEI)膜增厚或破坏。SEI 膜是在电池首次充电时形成的一层保护膜,它可以阻止电解液与负极的进一步反应。但过度充电会导致 SEI 膜不断被破坏和修复,消耗大量的锂离子,同时使负极的阻抗增加。

对于采用石墨负极的电池,过度充电可能导致锂在负极表面沉积,形成锂枝晶。锂枝晶的生长可能刺穿隔膜,造成电池内部短路,引发严重的安全问题。

 

二、对电解液的损害

 

1.分解反应

过度充电会使电解液发生分解反应。例如,在锂离子电池中,电解液通常由锂盐和有机溶剂组成。过度充电会导致有机溶剂在高电压下分解,产生气体如二氧化碳、一氧化碳等。这些气体的产生不仅会增加电池内部的压力,还可能引发电池膨胀甚至爆炸。

电解液中的锂盐也可能在过度充电时发生分解,如六氟磷酸锂在高电压下会分解产生氟化氢等有害物质。氟化氢具有强腐蚀性,会对电池内部的材料造成严重损害。

2.氧化反应

过度充电会使电解液发生氧化反应。在高电压下,电解液中的溶剂和添加剂容易被氧化,形成不溶性的产物。这些产物会沉积在电极表面,阻碍锂离子的传输,导致电池内阻增大,容量衰减。

氧化反应还会破坏电解液的稳定性,降低其电导率,影响电池的充放电性能。

 

三、对电池性能的影响

 

1. 容量衰减

过度充电引起的各种副反应会导致电池容量逐渐衰减。正极材料结构的破坏、负极 SEI 膜的增厚以及电解液的分解等都会减少电池中可参与充放电反应的锂离子数量,从而降低电池的容量。

随着容量的衰减,电池的续航能力会明显下降,需要更频繁地充电,给用户带来不便。

2. 内阻增大

过度充电导致的电极材料和电解液的变化会使电池内阻增大。内阻增大意味着在充放电过程中会有更多的能量以热量的形式损失掉,降低了电池的能量效率。

高内阻还会影响电池的充放电速度,使电池在大电流充放电时性能下降,甚至可能引发过热等安全问题。

3.安全隐患

过度充电最严重的后果之一是引发安全隐患。如前所述,过度充电可能导致电池内部短路、产生气体、引发爆炸等危险情况。

即使没有发生严重的安全事故,过度充电也会使电池的性能逐渐恶化,增加了在使用过程中出现故障的风险。