你知道鋰離子電池壽命和性能衰減原因有哪些嗎？
來源：寶鄂實(shí)業(yè)
2019-04-25 00:27
點(diǎn)擊量：次
鋰電產(chǎn)業(yè)技術(shù)研討會(huì)”在廣州琶洲國際采購中心1號(hào)館會(huì)議廳隆重舉辦。眾多鋰電“大咖”匯聚一堂，共同探討產(chǎn)業(yè)的發(fā)展動(dòng)態(tài)及未來趨勢(shì)。清華大學(xué)深圳研究生院能源與環(huán)境學(xué)部的賀艷兵教授發(fā)表了“鋰離子電池壽命和性能衰減機(jī)理解析”的主題演講報(bào)告。
鋰離子電池在高溫、低溫、快速充電等工況條件下，性能衰減十分嚴(yán)重，極大地限制了其使用范圍。解析動(dòng)力電池在不同工況下的性能衰減機(jī)制和過程，對(duì)促進(jìn)新能源汽車整車及動(dòng)力電池發(fā)展有著重要意義。因此，如何改善電池的性能以滿足車用動(dòng)力電池的使用壽命要求，成為急需解決的技術(shù)難題。
他以LiFePO4/石墨電池為例子，通過解體與非解體技術(shù)，詳細(xì)解析了動(dòng)力電池的性能衰減機(jī)制，得出電池循環(huán)容量衰減和擱置容量衰減的主要結(jié)論。其中，電池循環(huán)容量衰減主要源于正極中鋰損失（FePO4相生成)，首次用TEM觀測(cè)到FePO4和LiFePO4相共存，鋰損失被負(fù)極SEI膜消耗；電池?cái)R置容量衰減主要源于正極中鋰損失（FePO4相生成)，容量損失隨著溫度和SOC升高增加，通過補(bǔ)鋰， FePO4相可恢復(fù)為LiFePO4 。
賀艷兵：鋰離子電池壽命和性能衰減機(jī)理解析
清華大學(xué)深圳研究生院能源與環(huán)境學(xué)部 賀艷兵教授
賀艷兵還特別闡述了極端工況（如高溫、低溫、過充電、過放電、浮充等）對(duì)老化過程的影響和促進(jìn)過程，并表示：“找到電池容量衰退的關(guān)鍵影響因素，可以更好地提升鋰離子電池的使用壽命，獲得更好的電池組。”最后，他還介紹了石墨烯導(dǎo)電劑在不同電極體系以及聚合物凝膠電解質(zhì)在鋰硫電池中的應(yīng)用，對(duì)前沿電池技術(shù)的發(fā)展情況做出了重要的概括。
鋰離子動(dòng)力電池單體并不能滿足電動(dòng)汽車的動(dòng)力需求，因此電動(dòng)汽車必須采用多塊電池進(jìn)行串聯(lián)、并聯(lián)構(gòu)成的動(dòng)力電池組來提供電動(dòng)汽車使用能量。從目前的鋰離子動(dòng)力電池單體制造工藝水平來看，生產(chǎn)過程中的各種因素影響使得同一型號(hào)的單體電池也會(huì)在電壓、容量、內(nèi)阻等方面產(chǎn)生偏差。動(dòng)力電池組的性能決定于電池單體的性能，但絕不是單體電池性能的簡單累加。由于單體電池性能不一致性的存在，使得動(dòng)力電池組在電動(dòng)汽車上進(jìn)行反復(fù)使用時(shí)，動(dòng)力電池組產(chǎn)生各種問題從而導(dǎo)致使用壽命縮短。
受限于目前的鋰離子動(dòng)力電池技術(shù)發(fā)展瓶頸，對(duì)動(dòng)力電池使用壽命的影響因素進(jìn)行研究，并解決相關(guān)問題用以延長動(dòng)力電池的使用壽命顯得十分重要。這將有助于鋰離子動(dòng)力電池在電動(dòng)汽車的發(fā)展，提高鋰離子動(dòng)力電池的使用效率。
針對(duì)在電動(dòng)汽車上使用的動(dòng)力電池使用壽命終了，定義是電池的衰減量達(dá)到初始容量的20%。動(dòng)力電池的使用壽命在電動(dòng)汽車上反復(fù)充放電時(shí)，會(huì)由于鋰離子電池內(nèi)部的副反應(yīng)不斷發(fā)生使得電池本體材料性質(zhì)而發(fā)生衰退。這種衰退是由于以下幾個(gè)方面產(chǎn)生：電極材料晶格結(jié)構(gòu)的改變；電極材料發(fā)生分解、剝落或腐蝕造成活性材料減少；電解液分解消耗引起的導(dǎo)電性下降和阻抗增加；由于負(fù)極析鋰或副反應(yīng)造成可脫嵌的鋰離子被消耗；副反應(yīng)生成的氣體、不溶物質(zhì)以及粘結(jié)劑改性和集流體腐蝕引起的阻抗增加。
從實(shí)際使用環(huán)境條件來看，影響動(dòng)力電池單體使用壽命的因素主要包括充放電截止電壓、充放電倍率、使用溫度以及擱置條件。
已經(jīng)有很多資料文獻(xiàn)表明在一定范圍內(nèi)，不同充電截止電壓的循環(huán)壽命分別隨充電電壓越高而越短。這說明充電截止電壓對(duì)電池使用壽命的影響非常大。高的充電截止電壓會(huì)加劇電池副反應(yīng)的發(fā)生導(dǎo)致電池使用壽命縮短。動(dòng)力電池在整車上使用時(shí)，由于電動(dòng)汽車的各種行駛狀況使得電池易出現(xiàn)衰退而在較高電位區(qū)域充放電時(shí)性能下降較嚴(yán)重。
動(dòng)力電池在電動(dòng)汽車的使用過程中為滿足不同的駕駛工況從而采用不同的充放電倍率。對(duì)動(dòng)力電池倍率充放電的研究表明大倍率充放電會(huì)加速電池容量的衰減，充放電倍率越大，電池容量衰減越快。這主要是由于正極材料結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的改變以及負(fù)極表面膜增厚導(dǎo)致鋰離子擴(kuò)散困難造成的。如果充放電倍率過大的話，還有可能造成單體電池過熱、短路引起爆炸等。
不同的動(dòng)力電池有不同的最佳使用溫度，過高或過低的溫度都會(huì)對(duì)電池的使用壽命產(chǎn)生影響。隨著溫度的降低，鋰離子動(dòng)力電池的放電容量會(huì)有所降低。這是因?yàn)殡S著溫度的降低，電解液的離子電導(dǎo)率隨之降低，引起電池內(nèi)阻迅速增大，導(dǎo)致電池在低溫時(shí)輸出性能變差。
