鋰電池退化衰減的原因主要有哪些？
來源：寶鄂實(shí)業(yè)
2019-08-13 12:24
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鋰電池壽命衰減的主要原因，是因?yàn)殇囯姵乩锏匿囯x子活性會(huì)隨著使用不斷減少，這是由其特性所決定的，無法改變，直至活性完全沒有了，就徹底失效了。
鋰離子電池如今已經(jīng)被移動(dòng)設(shè)備所廣泛使用，但這種電池的壽命并不長(zhǎng)，500次充電循環(huán)就會(huì)損失約1/5的容量。為了研究鋰電池性能退化的原因，美國(guó)太平洋西北國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的科學(xué)家使用強(qiáng)力顯微鏡成功觀察到了鋰電池充放電的實(shí)時(shí)狀態(tài)。
研究者發(fā)現(xiàn)，電池在使用時(shí)會(huì)產(chǎn)生壓力，并引起電極出現(xiàn)破裂。除此之外，每一個(gè)充放電循環(huán)還會(huì)在電極之外留下鋰的痕跡，這些“死亡”的鋰無法再在未來的充電當(dāng)中發(fā)揮作用，并會(huì)引起電池容量的下降。研究者還觀察到了固體電解質(zhì)相間層在電極表面的形成，這會(huì)“阻塞”電池并影響其充電能力。
想要解決鋰電池身上的這些問題，使用其它替代元素是方法之一。在未來，鎂、鋁或銅等金屬元素或許可以成為更廉價(jià)和穩(wěn)定的替代，但是，這些電池的性能目前還達(dá)不到鋰電池的水平。
電池從制造完成時(shí)就開始衰減，一個(gè)新電池須提供100%的容量，但大多數(shù)使用中的電池組是達(dá)不到的。
隨著電池的可用區(qū)域縮小，可填充的能量降低，充電時(shí)間逐漸縮短。在大多數(shù)情況下，由于周期循環(huán)和老化的原因，電池容量呈線性衰減。此外，深度放電給電池造成的壓力大于不完全放電，因此最好不要把電池電量全部耗盡，而是經(jīng)常性充電。對(duì)于鎳基電池以及作為校準(zhǔn)部件的智能電池則應(yīng)周期性深度放電，這有助于消除鎳基電池的“記憶效應(yīng)”。鎳基鋰電池在容量衰減到80%之前可以完全充放電循環(huán)300～500周。
充放電循環(huán)并不是容量衰減的唯一原因，高溫下存儲(chǔ)鋰電池也會(huì)導(dǎo)致容量衰減。一個(gè)充滿電的鋰電池在40℃(104°F)保存一年而不使用的情況下會(huì)造成35%的容量損失。超快速充放對(duì)電池也是有害的，會(huì)使電池壽命減少一半，這對(duì)于單體鋰電池是非常明顯的。電池組比能量高，但由于單體電池的差異而顯得特別微妙。
設(shè)備的規(guī)格參數(shù)往往基于新電池，但這僅僅是初試階段的短暫現(xiàn)象，而不能維持太長(zhǎng)的時(shí)間。就像一個(gè)體育運(yùn)動(dòng)員，成績(jī)會(huì)隨著時(shí)間的推移而逐漸下降，并且如果任其發(fā)展，將會(huì)最終導(dǎo)致電池相關(guān)的故障。
電池需要經(jīng)常計(jì)算其容量衰減和最終壽命。容量衰減到80%就需要更換電池組，電池組的最終壽命極限應(yīng)根據(jù)應(yīng)用的不同、用戶的喜好以及公司的保障而改變。由于機(jī)械故障比較罕見，容量衰減便成了最終替代計(jì)劃的一個(gè)最佳指標(biāo)，這一指標(biāo)可以通過對(duì)現(xiàn)役電池每三個(gè)月進(jìn)行一次容量核實(shí)來完成。此外，充電器充電運(yùn)行狀態(tài)表征的技術(shù)也在研發(fā)中。
除了與老化相關(guān)的衰減，硫酸鹽化和板柵腐蝕是鉛酸蓄電池衰減的主要影響因素。硫酸鹽化是指電池停留在較低倍率充電時(shí)，在陰極極板上形成的薄膜層。如果發(fā)現(xiàn)及時(shí)，可以通過均衡充電來消除這一狀況。板柵腐蝕可以通過改善充電狀態(tài)或采用優(yōu)化的浮動(dòng)充電方法來減弱。
鎳基電池，所謂的不可用巖石區(qū)通常是由于活性物質(zhì)晶體的形成而引起，也被稱為“記憶效應(yīng)”。深度充放電循環(huán)的方法常?？梢允闺姵厝萘炕謴?fù)到全滿。周期性的放電也可以控制結(jié)晶過程，避免對(duì)隔膜的危害。
