電池副反應是指電池中附加的多餘的反應，會導致充電效率降低以及容量、壽命損失或性能下降。
基本介紹
- 中文名：電池副反應
- 外文名：battery side reaction
- 一級學科：工程技術
- 二級學科：能源技術
- 套用：電池
- 影響：損害電池
定義,產生原因,影響因素,
定義
電池中附加的多餘的反應，會導致充電效率降低以及容量、壽命損失或性能下降。
產生原因
用純鋅作負極的原電池，鋅片上有少量氣泡產生。用不純鋅作負極的原電池，鋅片上有較多氣泡產生。由此可見，鋅片不純，在鋅片上自身就形成了許多微小的原電池，的確是鋅片上發生副反應的原因。但是我們也看到，即使是用純鋅作原電池的負極，負極上還是有氣泡，從而說明了鋅片不純不是原電池負極上發生副反應的唯一原因。
原電池反應的實質是，在負極上某種微粒失去電子，電子由負極通過外電路流向正極，在正極上某種微粒得電子。這樣，一個氧化還原反應就在2個不同的位置（負極和正極）進行。即在負極上進行氧化反應，在正極上進行還原反應，在外電路中產生了電流，化學能轉變成了電能。原電池負極上發生的副反應，與外電路存在電阻有關，電阻越小，副反應越少，電阻越大，副反應越明顯。
影響因素
1.研究發現，當荷電狀態(SOC)和充電電流密度越大，測試溫度越低，石墨負極的電位就會越負，負極表面的鋰沉積副反應也越容易發生。
2. 從電池層面上看，在一定範圍內增大N/P比有助於將負極的荷電狀態限制在較低水平，從而降低電池老化速率，使電池內阻增加更慢。
3. 從負極反應動力學的角度看，鋰沉積副反應也受到負極材料種類、形貌、電導率的影響。它們從擴散傳質或電荷轉移的角度影響負極極化程度，從而對負極電位及負極反應造成影響。
4. 從活化能的角度看，溶劑化鋰離子在電解液中擴散時需要克服的活化能可以忽略不計，而溶劑化鋰離子在去溶劑化、擴散穿過SEI膜及電荷轉移過程中需要克服的活化能卻最高。隨著充電過程的進行，負極嵌入的Li+數目逐漸增多，Li+在負極活性材料中擴散時需要克服的活化能增大，固相擴散更加困難。
5. 溫度對鋰沉積副反應的影響：根據阿倫尼烏斯公式，當電池在低溫下循環時，鋰沉積副反應相對於嵌鋰過程有更大的反應速率，即在低溫條件下負極更傾向於發生鋰沉積副反應。這已被低溫下石墨負極電位更負的實驗觀測結果所驗證。此外，低溫條件下的電荷轉移與固相擴散也更慢，負極表面沉積的金屬鋰與電解質之間的反應速率也會下降。
6. 充電倍率對鋰沉積副反應的影響：充電電流倍率決定了單位面積負極材料上的鋰離子通量。當Li+在負極內的固相擴散過程較慢（例如當溫度過低、荷電狀態較高或Li+在該材料中擴散需要克服較大的活化能），而充電電流密度過大時，負極表面就會發生鋰沉積副反應。當其他條件不變，而電流密度增大到一定閾值時，負極電位就會變負，並伴隨著鋰沉積副反應的開始。
7. 需要注意的是：負極表面是否發生鋰沉積副反應是由充電倍率、溫度、荷電狀態這三個因素共同決定的。例如：（1）在低溫條件下充電並不意味著負極一定會發生鋰沉積副反應。只有當荷電狀態和（或）電流密度超過一定閾值時才會發生鋰沉積副反應。（2）在鋰離子電池的充電過程中，如果在荷電狀態較低時採取較高的充電電流密度，而在荷電狀態較高時採取較低的充電電流密度，鋰沉積副反應就能得到有效的抑制。
