詳解鋰離子電池壽命和性能衰減機(jī)理
來(lái)源：寶鄂實(shí)業(yè)
2019-04-29 20:05
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賀艷兵還特別闡述了極端工況（如高溫、低溫、過(guò)充電、過(guò)放電、浮充等）對(duì)老化過(guò)程的影響和促進(jìn)過(guò)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(lái)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(lái)看，生產(chǎn)過(guò)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(jiǎn)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(wèn)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(wèn)題用以延長(zhǎng)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(lái)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(shuō)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(guò)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(guò)大的話，還有可能造成單體電池過(guò)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(guò)高或過(guò)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。
