深度分析：如何延長(zhǎng)鋰電池的使用壽命
來(lái)源：寶鄂實(shí)業(yè)
2019-04-07 09:27
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鋰離子電池是通過(guò)離子在正負(fù)電極之間的遷移來(lái)實(shí)現(xiàn)工作的。理論上，在這種機(jī)理下，鋰離子電池是可以一直工作下去的。但是，隨時(shí)間的延長(zhǎng)，由于充放電循環(huán)伴隨著溫度的升高和電池老化的原因，電池性能下降。制造商采取比較保守的估計(jì)，認(rèn)為大多數(shù)商業(yè)化的鋰離子電池循環(huán)壽命在300到500次循環(huán)之間。
不過(guò)通過(guò)循環(huán)次數(shù)來(lái)評(píng)定電池的壽命是沒(méi)有實(shí)際意義的，因?yàn)榉烹娺^(guò)程中可能存在深度放電，并且沒(méi)有清晰的標(biāo)準(zhǔn)來(lái)表征循環(huán)次數(shù)的概念。除了用循環(huán)計(jì)數(shù)表征外，一些設(shè)備制造商建議使用日期戳來(lái)標(biāo)明更換電池的時(shí)間，但這種方法忽略了使用時(shí)的環(huán)境條件，也是不可靠的。一個(gè)電池可能因過(guò)載使用或者溫度條件的不適應(yīng)而導(dǎo)致在使用期限內(nèi)報(bào)廢，但是大多數(shù)電池組的使用壽命卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了規(guī)定時(shí)間。
電池的性能是由電池容量來(lái)表征的，這也是一項(xiàng)重要的電池安全指標(biāo)。電池內(nèi)阻與自放電會(huì)影響電池容量，但是這種影響對(duì)于判定新型的鋰離子電池最終的壽命而言，卻微乎其微。
圖
1顯示了11個(gè)鋰聚合物電池在Cadex實(shí)驗(yàn)室循環(huán)測(cè)試時(shí)的容量衰減情況。這種手機(jī)使用的是1500mAh的袋狀電池，首先在1C的倍率下充電到4.2V，然后在0.05C的倍率下充電完全。隨后，將電池在1C的倍率下放電至3.0V，并且重復(fù)該循環(huán)。在超過(guò)250圈的循環(huán)次數(shù)下鋰離子電池預(yù)期的容量衰減與測(cè)試得到的容量衰減相吻合。
11個(gè)新的鋰離子電池的循環(huán)測(cè)試由Cadex C7400電池分析設(shè)備完成。所有的電池組首次放電的容量占初始容量的88-94%，經(jīng)過(guò)250次循環(huán)后，衰減到了73-84%。并且，這些1500mAh的電池組均被用于手機(jī)。（數(shù)據(jù)由Cadex提供）
盡管說(shuō)電池在工作的第一年應(yīng)該釋放100%的容量，但是通常情況下會(huì)低于給定的容量，而電池閑置不使用也會(huì)造成容量的衰減。而且制造商也往往會(huì)過(guò)高標(biāo)定他們的電池容量，因?yàn)樗麄冎乐挥袠O個(gè)別的消費(fèi)者會(huì)去投訴。此外，手機(jī)或者平板電腦大多只需要使用單個(gè)電池，而不需要多個(gè)電池組，這也為電池性能提供了更寬的可接受范圍，而性能較差的一些電池也因此被忽略了。
和過(guò)載使用的機(jī)械設(shè)備一樣，深度放電也會(huì)造成電池循環(huán)次數(shù)的降低。因此，縮短放電時(shí)間有利于電池壽命的延長(zhǎng)。此外，我們應(yīng)盡可能地避免完全放電或者給電池頻繁充電，不完全放電對(duì)鋰離子電池是有益的。鋰離子電池沒(méi)有記憶效應(yīng)，不需要周期性地完全放電循環(huán)來(lái)延長(zhǎng)電池壽命。但是也有例外，譬如燃油表或者智能設(shè)備需定期校正。
表
2對(duì)比了鋰離子電池在不同程度下充放電循環(huán)至容量衰減為70%所需要的周次，其他的變量，如充電電壓、溫度、負(fù)載電流為默認(rèn)設(shè)置。
受熱或高充電電壓下也會(huì)使鋰離子電池承受更大的負(fù)擔(dān)，30℃（86°F）對(duì)于大多數(shù)鋰離子電池來(lái)說(shuō)已經(jīng)算是較高溫度了，4.10V/電池以上的電壓為高電壓。將充滿電的電池暴露在高溫下較長(zhǎng)時(shí)間比電池循環(huán)次數(shù)增加對(duì)鋰離子的壓力還要大。表3表示了容量損失與溫度的函數(shù)關(guān)系。
大多數(shù)的鋰離子充電到4.20V，每當(dāng)充電的截止電壓降低0.1V時(shí)，電池的循環(huán)壽命將會(huì)擴(kuò)大一倍。例如，鋰離子電池充電到4.2V時(shí)，通常可以循環(huán)300–500次；如果充電截止電壓設(shè)為4.10V，壽命可延長(zhǎng)至600–1000次循環(huán)；設(shè)置為4.00V充電制度下可以實(shí)現(xiàn)1200–2000次循環(huán)；對(duì)于3.90V，可以達(dá)到2400–4000次循環(huán)。
