鋰電池容量衰退都有電池極化的影響嗎？導(dǎo)致鋰電池容量衰減的根本原因是什么？
來源：寶鄂實(shí)業(yè)
2019-05-09 18:53
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鋰離子電池越來越廣泛地應(yīng)用到人們的生產(chǎn)生活當(dāng)中，這使得它的溫度環(huán)境成為關(guān)注的要點(diǎn)，相對來說，鋰電池更容易在高溫環(huán)境下產(chǎn)生安全問題，因此，必須對鋰電池進(jìn)行高溫性能的測試，并與其常溫測試數(shù)據(jù)相比較。
測試條件：選擇兩只比亞迪生產(chǎn)的950mAh063450方型鋰電池，分別在25℃(常溫)和60℃(高溫)下進(jìn)行。
充放電制度設(shè)計(jì)：適用恒流恒壓充電和恒流放電制度。充電終止電壓為4.2V，放電終止電壓為3.0V。首先以1C即950mA充電至4.2V，再以4.2V恒壓充電直至電流達(dá)到20mA;然后以950mA恒流放電至3.0V，如此循環(huán)充放電300次。
這里截取三個(gè)節(jié)點(diǎn)：即第50次、150次、300次充放電循環(huán)。
一、在前50次循環(huán)過程中：
1、25℃下的表現(xiàn)：容量衰減過程略有起伏，但并非線性，50次后的放電容量保持在96.6%;
2、60℃下的表現(xiàn)：容量衰減過程接近于線性，50次后的放電容量保持在95.5%。
這說明，在50次以內(nèi)較少的循環(huán)時(shí)，高溫循環(huán)穩(wěn)定性略差于常溫循環(huán)穩(wěn)定性。但這里有一個(gè)很重要的現(xiàn)象，即鋰電池在高溫條件下放出的電量高于電池的額定容量，這里的原因在于，高溫時(shí)電解質(zhì)的黏度降低，從而加快了鋰離子的遷移速度，這時(shí)，不但放電容量高于額定容量，而且充入的電量更高。
二、在前150次循環(huán)過程中：
1、60℃下放出的容量每次都大于25℃時(shí)放出的容量;
2、60℃下初始容量為1020mAh，高于額定容量，25℃下初始容量為930mAh ，但60℃時(shí)容量衰減較快。
三、300次循環(huán)后的狀態(tài)：這時(shí)，常溫狀態(tài)下的指標(biāo)全面優(yōu)化，在保持較慢的容量衰減速度時(shí)，其容量可以保持在800 mAh，而60℃時(shí)只有730 mAh。此時(shí)，60℃下的充放電電壓平臺越來越低，而常溫下幾乎不變。
上述容量衰減的表現(xiàn)還可以從鋰電池充電在不同溫度下的電量補(bǔ)充情況進(jìn)行佐證：在25℃下經(jīng)過300次循環(huán)后，其恒流充電和恒壓充電的比例變化不大，但在60℃時(shí)，恒流充電所獲得的電量補(bǔ)充逐漸減少，而恒壓階段獲得的電量顯著增加。這是由于電池極化現(xiàn)象引起的。
從本質(zhì)上來說，鋰電池容量衰退都有電池極化的影響，即鋰離子擴(kuò)散速度跟不上電子的轉(zhuǎn)移速度使得電池正極容納的鋰離子越來越少。在60℃的高溫下，這種極化過程很大程度地加劇，這也是導(dǎo)致鋰電池容量衰減的根本原因。
鋰電池目前的主要市場在于便攜式終端設(shè)備的應(yīng)用，譬如手機(jī)，筆記本電腦，這使得高容量一度成為鋰電池開發(fā)的主攻方向，但在電動汽車和大型儲電設(shè)備充分發(fā)展的背景下，鋰離子電池研發(fā)的主要方向也呈現(xiàn)出多樣化的趨勢。
傳統(tǒng)的移動終端市場，例如手機(jī)和筆記本電腦之所以要求電池高容量，是因?yàn)樗鼈兺枰潆娨淮渭纯墒褂煤荛L時(shí)間，使用起來更加方便。風(fēng)靡全球的蘋果iphone和ipad等就曾一度因一次充電后使用時(shí)間不長而遭到消費(fèi)者批評，因此，在新款的the new ipad發(fā)布時(shí)，原有的6500mAh容量鋰電池就改為使用14000mAh大容量鋰電池。這件事情可以看作便攜式終端用充電電池的研發(fā)以高容量為方向的證明，為此，甚至不惜犧牲壽命也要實(shí)現(xiàn)高容量，而對壽命的要求一般就是2年左右即可。
但是，在電動汽車時(shí)代到來后，鋰離子電池研發(fā)的方向就就不再只是一味高容量的發(fā)展方向，現(xiàn)在的電動汽車主要包括混合動力車、插電式混合動力車和純電動汽車三種類型。對于混合動力車而言，在加速和減速時(shí)需要大電力交換，因此，高功率型的電池較為理想。反之，純電動汽車因?yàn)橹豢縿恿︿囯姵靥峁╇娔?，因此更需要大容量的支持，插電式混合動力車則介于二者之間。
由此可以得知：在高功率鋰電池要求上，混合動力車>插電式混合動力車>純電動汽車;而在大容量鋰電池要求上恰好相反，純電動汽車>插電式混合動力車>混合動力車。當(dāng)然，這是在不同電動汽車內(nèi)部的比較，從整體上來說，電動汽車用鋰電池在容量和功率上的要求比便攜終端高出若干倍，同時(shí)也要求更高的壽命和安全性，如果不這樣則無法進(jìn)入產(chǎn)業(yè)化階段。
固定裝置用途的大型儲能設(shè)施對比電動汽車的性能要求也是提高了若干倍，單從安全性來說，對于大樓蓄電系統(tǒng)及家用蓄電系統(tǒng)而言，必須具備發(fā)生火災(zāi)時(shí)不會燃燒的“高”安全性能，而電動汽車和便攜終端用鋰電池顯然不具備這種要求。固定裝置用途的儲能設(shè)施內(nèi)部也可以劃分出不同的主要訴求。對用于夜間儲電白天放電的高峰期轉(zhuǎn)換為代表的電網(wǎng)電力而言，要求電池具備大容量，如樓宇系統(tǒng)用儲能設(shè)施鋰電池。而對于光伏發(fā)電和風(fēng)力發(fā)電來說，就必須使用對輸出功率變化具有較高耐性的高功率電池，因?yàn)槭茏匀灰蛩赜绊憳O大，這兩種發(fā)電裝置輸出功率變化較大。
隨著鋰電池向大型機(jī)器應(yīng)用的過渡和轉(zhuǎn)變，使得鋰電池自身要解決根本問題日漸多起來，因而出現(xiàn)了結(jié)合鋰離子電池與傳統(tǒng)雙層電容器優(yōu)點(diǎn)的鋰離子電容器，也有開發(fā)新型氧化還原液流電池的新技術(shù)處于同步研發(fā)階段，未來鋰電池的道路還很遠(yuǎn)。
