究竟是什么原因?qū)е码妱?dòng)車的電池越用容量越小呢？
來(lái)源：寶鄂實(shí)業(yè)
2019-04-12 20:42
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在電動(dòng)車使用過(guò)程中會(huì)發(fā)現(xiàn)電池的容電量慢慢減少，行駛的路程越來(lái)越低，其實(shí)不然，出現(xiàn)這一現(xiàn)象是您的不正當(dāng)使用造成的。下面小編來(lái)告訴你導(dǎo)致電動(dòng)車電池容量降低的“元兇”吧。
一、蓄電池“失水”而無(wú)法發(fā)生電解化學(xué)反應(yīng)，嚴(yán)峻的“失水”會(huì)使電解液變質(zhì)發(fā)黑或變成硬塊；
二、電動(dòng)車發(fā)動(dòng)、加快、過(guò)重負(fù)載發(fā)生的剎那間強(qiáng)電流拉傷電池極板，使極板涂層逐步掉落而致使電池容量削減，通常連接蓄電池組負(fù)極的最終一節(jié)單體蓄電池最簡(jiǎn)單壞死，這即是因“過(guò)放電”而致使的；
三、電池短路、斷隔等；
四、電池極板因結(jié)晶而硫化，嚴(yán)峻的硫化會(huì)腐蝕極板，使蓄電池徹底壞死；
五、蓄電池極板因過(guò)充電或過(guò)放電而軟化，有的還致使極板鉛粉掉落、穿孔、外殼變形或電解液外漏等。電解液溫度高時(shí)，分子運(yùn)動(dòng)的速度增加，獲得動(dòng)能增加，
因此滲透力增加，電解液電阻減小，擴(kuò)散程度增加，電化學(xué)
反應(yīng)增強(qiáng)，使鉛酸蓄電池的容量增大，當(dāng)電解液溫度下降時(shí)，滲透力減弱，因此電解液電阻增大，擴(kuò)散程度降低，電化反應(yīng)遲緩，使鉛蓄電池的容量減小。電解溫度在30℃時(shí)，容量近似100％，當(dāng)溫度升高時(shí)，增大了鉛蓄電池的容量。但超過(guò)一定的界限時(shí)，易使正極板彎曲和負(fù)板的容量減小，同時(shí)增大了鉛蓄電池的局部放電，所以在日常維護(hù)中，一般電解液溫度應(yīng)保持在20～30℃之間，即使在充電過(guò)程中，電解液溫度也不得超過(guò)40℃。由于溫度對(duì)鉛酸蓄電池的容量影響很大。
使用壽命是我們?cè)阡囯x子電池使用中非常關(guān)注的一個(gè)指標(biāo)，一般來(lái)說(shuō)鋰離子電池的使用壽命主要受兩個(gè)因素的影響：1）使用時(shí)間；2）循環(huán)次數(shù)。根據(jù)鋰離子電池的衰降速度我們又可以將電池的衰降過(guò)程中分為前期的線性衰降過(guò)程和后期的非線性衰降過(guò)程。非線性衰降過(guò)程的典型特點(diǎn)是在短時(shí)間內(nèi)電池的容量大幅衰降，也就是我們通常所說(shuō)的容量跳水，這對(duì)于動(dòng)力電池的使用和梯次利用都是非常不利的。
德國(guó)慕尼黑工業(yè)大學(xué)的Simon F. Schuster（第一作者、通訊作者）分析了電池使用電壓窗口區(qū)間、充電電流和溫度對(duì)于動(dòng)力電池非線性衰降的影響，研究表明更寬的電壓窗口、更大的充電電流和更低的溫度都會(huì)加速負(fù)極SEI膜的生長(zhǎng)，造成負(fù)極動(dòng)力學(xué)條件表差，從而加速負(fù)極表面析鋰現(xiàn)象的出現(xiàn)，進(jìn)而導(dǎo)致電池非線性衰降現(xiàn)象更早的出現(xiàn)。
上圖a是一個(gè)典型鋰離子電池從線性衰降過(guò)渡到非線性衰降的曲線（NMC/石墨體系），從圖中能夠看到電池在非線性衰降階段的衰降速度是線性衰降階段的7倍以上。通常我們認(rèn)為前期線性衰降階段鋰離子電池容量衰降的主要因素是SEI膜生長(zhǎng)造成的活性Li損失，在非線性衰降階段則是由于SEI膜的生長(zhǎng)導(dǎo)致負(fù)極的動(dòng)力學(xué)條件變差引起金屬鋰在負(fù)極表面的析出，析出的金屬鋰則進(jìn)一步促進(jìn)了電解液的分解和SEI膜的生長(zhǎng)，從而加劇了金屬鋰的析出，導(dǎo)致鋰離子電池的衰降速度大大加速。
1.工作電壓窗口的影響
下圖為不同的電壓窗口范圍內(nèi)電池的循環(huán)性能曲線，從下圖a我們能夠看到隨著電池工作電壓窗口的擴(kuò)大，電池發(fā)生非線性衰降的節(jié)點(diǎn)明顯提前，例如相比于電壓窗口1.2V（3.0-4.2V）的電池，電壓窗口為0.94V（3.17-4.11V）的電池線性衰降段的長(zhǎng)度增加42%左右。作者認(rèn)為這主要是由于在較寬的電化學(xué)窗口下導(dǎo)致正極過(guò)渡金屬元素的溶出加劇，溶出的過(guò)渡金屬元素遷移到負(fù)極表面導(dǎo)致負(fù)極SEI膜生長(zhǎng)的加速，從而導(dǎo)致負(fù)極動(dòng)力學(xué)條件加速衰降，因此負(fù)極更早的析出金屬鋰，導(dǎo)致了非線性衰降更早的出現(xiàn)。
從下圖b和c能夠看到電池的歐姆阻抗和電荷交換阻抗的增加與電池可逆容量衰降之間存在非常密切的相關(guān)性，因此我們可以通過(guò)BMS系統(tǒng)對(duì)電池內(nèi)阻變化的跟蹤實(shí)現(xiàn)對(duì)非線性衰降的預(yù)測(cè)。
2.充放電倍率的影響
由于鋰離子電池非線性衰降主要是負(fù)極表面金屬鋰的析出造成的，因此充放電電流也與鋰離子電池非線性衰降出現(xiàn)的早晚有著密切的關(guān)系，下圖a為不同的充放電電流下電池的循環(huán)性能曲線，從圖中能夠注意到對(duì)電池非線性衰降影響最大的是電池的充電電流，在1C倍率下進(jìn)行充電的電池幾乎從一開(kāi)始就呈現(xiàn)出非線性衰降的趨勢(shì)，但是如果我們將充電電流降低到0.5C那么電池出現(xiàn)非線性衰降的時(shí)間節(jié)點(diǎn)將大大延遲，而放電電流對(duì)于電池非線性衰降的影響幾乎可以忽略不計(jì)。這主要是因?yàn)殡S著充電電流的提高，負(fù)極的極化也會(huì)出現(xiàn)明顯的增加，也就導(dǎo)致了負(fù)極析鋰的風(fēng)險(xiǎn)大大增加，析出的多孔結(jié)構(gòu)的金屬鋰會(huì)促進(jìn)電解液的分解，從而加速負(fù)極動(dòng)力學(xué)性能的下降，導(dǎo)致非線性衰降的提前出現(xiàn)。
3.溫度的影響
溫度對(duì)于負(fù)極的動(dòng)力學(xué)特性具有非常顯著的影響，因此溫度對(duì)于電池非線性衰降出現(xiàn)的時(shí)間也會(huì)有明顯的影響。下圖a為電池在25、35和50℃條件下的循環(huán)性能的曲線，從圖中我們能夠看到在3.0-4.2V的電壓窗口范圍內(nèi)，在25℃下循環(huán)的電池最早出現(xiàn)非線性衰降，其次是50℃循環(huán)的電池，35℃下循環(huán)的電池最晚出現(xiàn)非線性衰降。如果我們將電池的電壓窗口降低到3.17-4.11V，在前期35℃和50℃循環(huán)的電池衰降速度比較一致，但是在壽命末期35℃循環(huán)的電池開(kāi)始出現(xiàn)了非線性衰降。這主要是低溫下電池動(dòng)力學(xué)條件變差，導(dǎo)致負(fù)極更加容易析鋰，從而加速了SEI膜的生長(zhǎng)，從而導(dǎo)致負(fù)極動(dòng)力學(xué)條件進(jìn)一步變差，導(dǎo)致鋰離子電池的非線性衰降更早的出現(xiàn)。
