鋰離子為什么會流失？是造成電池循環(huán)壽命縮短的真正原因嗎？
來源：寶鄂實(shí)業(yè)
2019-04-25 17:59
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因目前鋰離子電池技術(shù)發(fā)展趨于穩(wěn)定，促使便攜式電子設(shè)備及電動車產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展，造成全球?qū)τ阡囯x子電池的需求量日益增加，然而長期使用鋰離子電池產(chǎn)品，將會使電池內(nèi)部材料老化而導(dǎo)致蓄電量降低，導(dǎo)致產(chǎn)品使用一段時間后就須更換新的電池。目前市面常見的充電方法為定電流-定電壓(CC-CV)充電法，然而此充電法于定電流(CC)充電段即將結(jié)束時，會造成電池內(nèi)部固態(tài)電解質(zhì)介面(SEI)的生成，使電池內(nèi)可循環(huán)的鋰離子損失，導(dǎo)致電池循環(huán)壽命下降。
臺灣大學(xué)凝態(tài)科學(xué)研究中心陳柏端等應(yīng)用密度泛函理論對于磷酸鐵鋰(LiFePO4)電池內(nèi)部鋰離子移動情形進(jìn)行分析計算，建立一正弦波充電模型，此模型于充電過程中引入一負(fù)電壓來抑制鈍化層的生成。
研究人員以電動車用電池容量低于80%就需汰換的標(biāo)準(zhǔn)，來比較弦波充電法與傳統(tǒng)CC-CV充電法的電池電容量，并對電池以大電流充放電的方式來模擬電動車使用情境，由實(shí)驗(yàn)結(jié)果可發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)CC-CV充電法于600次循環(huán)后就達(dá)80%容量，而使用弦波充電法的電池還有剩余95%的電容量，說明弦波充電法對于電池使用壽命上有延長的功效。
另外，對于從電動車上淘汰下來的電池以弦波充電法充電，也能夠提升最多18.7%的電容量。弦波充電于充電過程中，電池溫度上升最多9°C，且充電時間僅需傳統(tǒng)CC-CV充電法時間的一半，其表現(xiàn)皆優(yōu)于傳統(tǒng)CC-CV充電法。
為驗(yàn)證弦波充電法對于電池內(nèi)部SEI膜阻抗的影響情形，研究人員利用電化學(xué)阻抗圖譜(EIS)對電池進(jìn)行分析，結(jié)果顯示使用此充電法進(jìn)行600次循環(huán)后的電池比起使用傳統(tǒng)CC-CV的電池，有效抑制了SEI膜的成長，并能保持與全新電池內(nèi)部阻抗相近的水平，說明此充電法對于鋰離子電池內(nèi)部材料結(jié)構(gòu)的破壞情形較小，而能提供電池更長的使用壽命，故此充電法將提供鋰離子電池產(chǎn)品使用者更好的選擇。
不論是動力電池還是儲能電池，各國對其的發(fā)展絕不能僅要求快，更要穩(wěn)，韓國電化學(xué)儲能裝機(jī)量近幾年一直處于國際領(lǐng)先的地位，但其不到兩年時間發(fā)生的21起儲能電站起火事故著實(shí)令人恐慌。誠然，電動汽車發(fā)生自燃或爆炸的確也很可怕，但論及危害性，儲能電站起火可能危及整個產(chǎn)業(yè)的進(jìn)程，十分不利于儲能行業(yè)健康發(fā)展。
韓國靈巖風(fēng)力發(fā)電廠的ESS設(shè)備發(fā)生火災(zāi)，造成706㎡規(guī)模電池建筑和3500塊以上鋰電池全部燒毀
對儲能建立獨(dú)立標(biāo)準(zhǔn)和體系刻不容緩。好在近兩年，我國相關(guān)部門已經(jīng)對此產(chǎn)生重視，相繼發(fā)布的十幾項(xiàng)儲能產(chǎn)業(yè)的國家標(biāo)準(zhǔn)，涵蓋儲能電池、儲能變流器、儲能系統(tǒng)并網(wǎng)等儲能設(shè)備方面。17年發(fā)布的《促進(jìn)儲能技術(shù)與產(chǎn)業(yè)發(fā)展的指導(dǎo)意見》是我國儲能行業(yè)發(fā)展的大方向，而今年2月，國家電網(wǎng)公司辦公廳印發(fā)的《關(guān)于促進(jìn)電化學(xué)儲能健康有序發(fā)展的指導(dǎo)意見》則進(jìn)一步要求，在規(guī)范儲能接入系統(tǒng)和調(diào)控管理、深化儲能關(guān)鍵技術(shù)研究和標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)、加強(qiáng)儲能信息管理及平臺建設(shè)等方面，推進(jìn)電源側(cè)、電網(wǎng)側(cè)和客戶側(cè)儲能發(fā)展。
儲能電池行業(yè)與動力電池行業(yè)發(fā)展亟需“分家”，儲能項(xiàng)目建設(shè)中存在的一系列問題值得相關(guān)部門和人士重視并進(jìn)一步解決。
臺灣大學(xué)凝態(tài)科學(xué)研究中心陳柏端等應(yīng)用密度泛函理論對于磷酸鐵鋰(LiFePO4)電池內(nèi)部鋰離子移動情形進(jìn)行分析計算，建立一正弦波充電模型，此模型于充電過程中引入一負(fù)電壓來抑制鈍化層的生成。
研究人員以電動車用電池容量低于80%就需汰換的標(biāo)準(zhǔn)，來比較弦波充電法與傳統(tǒng)CC-CV充電法的電池電容量，并對電池以大電流充放電的方式來模擬電動車使用情境，由實(shí)驗(yàn)結(jié)果可發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)CC-CV充電法于600次循環(huán)后就達(dá)80%容量，而使用弦波充電法的電池還有剩余95%的電容量，說明弦波充電法對于電池使用壽命上有延長的功效。
另外，對于從電動車上淘汰下來的電池以弦波充電法充電，也能夠提升最多18.7%的電容量。弦波充電于充電過程中，電池溫度上升最多9°C，且充電時間僅需傳統(tǒng)CC-CV充電法時間的一半，其表現(xiàn)皆優(yōu)于傳統(tǒng)CC-CV充電法。
為驗(yàn)證弦波充電法對于電池內(nèi)部SEI膜阻抗的影響情形，研究人員利用電化學(xué)阻抗圖譜(EIS)對電池進(jìn)行分析，結(jié)果顯示使用此充電法進(jìn)行600次循環(huán)后的電池比起使用傳統(tǒng)CC-CV的電池，有效抑制了SEI膜的成長，并能保持與全新電池內(nèi)部阻抗相近的水平，說明此充電法對于鋰離子電池內(nèi)部材料結(jié)構(gòu)的破壞情形較小，而能提供電池更長的使用壽命，故此充電法將提供鋰離子電池產(chǎn)品使用者更好的選擇。
不論是動力電池還是儲能電池，各國對其的發(fā)展絕不能僅要求快，更要穩(wěn)，韓國電化學(xué)儲能裝機(jī)量近幾年一直處于國際領(lǐng)先的地位，但其不到兩年時間發(fā)生的21起儲能電站起火事故著實(shí)令人恐慌。誠然，電動汽車發(fā)生自燃或爆炸的確也很可怕，但論及危害性，儲能電站起火可能危及整個產(chǎn)業(yè)的進(jìn)程，十分不利于儲能行業(yè)健康發(fā)展。
韓國靈巖風(fēng)力發(fā)電廠的ESS設(shè)備發(fā)生火災(zāi)，造成706㎡規(guī)模電池建筑和3500塊以上鋰電池全部燒毀
對儲能建立獨(dú)立標(biāo)準(zhǔn)和體系刻不容緩。好在近兩年，我國相關(guān)部門已經(jīng)對此產(chǎn)生重視，相繼發(fā)布的十幾項(xiàng)儲能產(chǎn)業(yè)的國家標(biāo)準(zhǔn)，涵蓋儲能電池、儲能變流器、儲能系統(tǒng)并網(wǎng)等儲能設(shè)備方面。17年發(fā)布的《促進(jìn)儲能技術(shù)與產(chǎn)業(yè)發(fā)展的指導(dǎo)意見》是我國儲能行業(yè)發(fā)展的大方向，而今年2月，國家電網(wǎng)公司辦公廳印發(fā)的《關(guān)于促進(jìn)電化學(xué)儲能健康有序發(fā)展的指導(dǎo)意見》則進(jìn)一步要求，在規(guī)范儲能接入系統(tǒng)和調(diào)控管理、深化儲能關(guān)鍵技術(shù)研究和標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)、加強(qiáng)儲能信息管理及平臺建設(shè)等方面，推進(jìn)電源側(cè)、電網(wǎng)側(cè)和客戶側(cè)儲能發(fā)展。
儲能電池行業(yè)與動力電池行業(yè)發(fā)展亟需“分家”，儲能項(xiàng)目建設(shè)中存在的一系列問題值得相關(guān)部門和人士重視并進(jìn)一步解決。
