電池每次充電 - 放電循環(huán)以及它所帶來的活性化學(xué)物質(zhì)的相關(guān)轉(zhuǎn)化循環(huán)伴隨著電芯中的化學(xué)物質(zhì)的緩慢劣化，使用者對(duì)這個(gè)過程幾乎是無感的。這種惡化可能是電芯或晶體中不可避免的化學(xué)副反應(yīng)或者鋰枝晶生長，改變了構(gòu)成電極顆粒的狀態(tài)。這兩個(gè)因素都可能會(huì)降低電池中活性化學(xué)物的量，從而降低電池容量，或增加電池的內(nèi)部阻抗。

電池在規(guī)定的循環(huán)壽命結(jié)束時(shí)不會(huì)突然死亡，它會(huì)繼續(xù)正常工作，并繼續(xù)緩慢惡化，其容量將比新電池的容量顯著減少。

1）電芯循環(huán)壽命的主要影響因素

溫度

50℃至60℃，是一般鋰電池能夠允許的工作溫度范圍上限。在較高溫度下進(jìn)行電化學(xué)反應(yīng)，電解液活性較強(qiáng)，容易發(fā)生分解反應(yīng)，分解產(chǎn)物與正極材料結(jié)合，是對(duì)正極材料的消耗；正極結(jié)構(gòu)材料遭到腐蝕，晶格結(jié)構(gòu)由于缺少足夠材料的支撐發(fā)生坍塌，鋰離子的空位減少，正極容納鋰離子的能力下降，使得電池容量遭受損失；

同時(shí)，正極材料反映的產(chǎn)物，游蕩在電解液中，可能附著在正負(fù)極電極的表面。電極表面被不能參與充放電過程的物質(zhì)覆蓋，阻礙了電化學(xué)過程的順利發(fā)生，電芯內(nèi)阻增加。

研究表明，高溫過程對(duì)老化的影響，主要在正極發(fā)生，對(duì)負(fù)極的影響占比較小。

環(huán)境溫度達(dá)到0℃以下，鋰電池的性能開始受到低溫的明顯影響。SIE膜，是電芯化成過程中，負(fù)極材料與電解液之間反應(yīng)生成的一層鈍化膜，對(duì)負(fù)極材料具有保護(hù)作用。

在低溫工作過程中，SEI膜生長，消耗部分電解液中的活性鋰離子，使得電解液中導(dǎo)電離子的濃度降低，電池可用容量遭到永久性損失。SEI膜的增厚，使得鋰離子穿過膜層到達(dá)負(fù)極的困難增加，與導(dǎo)電鋰離子的濃度降低問題疊加在一起，電芯內(nèi)阻隨之增大。

低溫下充電，尤其是充電電流比較大時(shí)，負(fù)極還會(huì)發(fā)生另外一個(gè)副反應(yīng)——鋰單質(zhì)析出。低溫下，鋰離子活性下降，勉強(qiáng)充電，使得過量的鋰離子聚集在負(fù)極周圍，來不及穿過SEI膜到達(dá)負(fù)極嵌入，就沉積在負(fù)極表面，形成純鋰層。這個(gè)過程在過低溫度的充電過程中容易發(fā)生，并且不可逆轉(zhuǎn)。隨著使用循環(huán)的累積，鋰單質(zhì)也會(huì)持續(xù)積累，枝晶不斷生長，使得刺破隔膜的風(fēng)險(xiǎn)也在不斷累加。

研究表明，鋰電池低溫工作，老化問題主要發(fā)生在負(fù)極，正極的副反應(yīng)也存在，但影響不顯著。

充放電倍率

以超過設(shè)計(jì)放電能力的電流放電，一方面，電流的熱效應(yīng)，帶來電池自身溫度的上升，高溫老化的副反應(yīng)逐漸加?。涣硪环矫?，大電流帶來了過量的鋰離子需要嵌入正極材料，對(duì)材料的穩(wěn)定性造成沖擊。而負(fù)極由于快速失去大量鋰離子，表面的SIE膜結(jié)構(gòu)遭到破壞，部分破裂，造成電解液與碳負(fù)極的進(jìn)一步反應(yīng)，消耗活性鋰離子的數(shù)量。

大電流充電，同樣存在發(fā)熱問題和正極材料脫嵌穩(wěn)定性問題。同時(shí)，過多的鋰離子運(yùn)送到負(fù)極，超過負(fù)極的擴(kuò)散能力，使得鋰單質(zhì)沉積現(xiàn)象發(fā)生，大量活性鋰離子被轉(zhuǎn)化成鋰單質(zhì)堆積在一起，形成枝晶。鋰離子的損耗，造成容量的永久性損失；而鋰單質(zhì)作為一種活性極強(qiáng)的金屬，如果大量存在，則電池使用過程中的熱失控風(fēng)險(xiǎn)必然上升，危害更嚴(yán)重。

充放電深度

定義的循環(huán)壽命是在受控條件下比較電池的有用方式，但它可能無法給出實(shí)際操作條件下電池壽命的度量。電池很少在連續(xù)的完全充放電循環(huán)下運(yùn)行，它們更可能在完全充電之前經(jīng)受不同深度的局部放電。由于局部放電不會(huì)考驗(yàn)電池的極限能力，副反應(yīng)較少，電荷轉(zhuǎn)移的量也少，因此電池可承受更多的淺循環(huán)周期。比如，全充放循環(huán)的電池，其壽命有1000次，但對(duì)于在40%~70%SOC循環(huán)的電池來說，其循環(huán)次數(shù)可能達(dá)到20000次以上。這種使用周期對(duì)于具有再生制動(dòng)的混合動(dòng)力電動(dòng)車輛是典型應(yīng)用場景。充放電深度與循環(huán)次數(shù)的關(guān)系，從下面圖中得到一些直觀感受。

2）模組壽命

前面幾點(diǎn)是具體到單體的老化原因，而動(dòng)力電池包這個(gè)由千百個(gè)電芯組成的整體，它的老化的首要因素卻是“一致性惡化”。已經(jīng)有人針對(duì)這個(gè)問題作出了研究，發(fā)現(xiàn)電池組的老化程度比電池組中質(zhì)量最差的那顆電芯的老化程度更差，一個(gè)電池組的總體容量，小于等于容量最小的那顆電芯的容量乘以模組內(nèi)電芯數(shù)量。因此，只考察單只電芯的循環(huán)壽命，而忽視電芯之間參數(shù)的一致性，電池包的整體壽命估計(jì)會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重高估。

2全生命周期衡量度電成本

全生命周期度電成本，就是在相同測試條件下，電池有效容量衰減至初始容量的80%以前，全部曾經(jīng)充入過電池的電量的總和，或者電池曾經(jīng)放出的全部電量的總和。數(shù)值上等于平均每次充入電池電量乘以充電次數(shù)。客觀來看，這個(gè)參數(shù)才是用戶實(shí)際使用了的電池。電池成本，一般按照每千瓦時(shí)電量多少錢。然而，對(duì)于終端用戶而言，他們的感受里，除了能夠跑多遠(yuǎn)這個(gè)空間指標(biāo)，還有一個(gè)能夠用多長時(shí)間的時(shí)間指標(biāo)。同樣10萬元一輛車，用3年和用5年，每年的用車成本相差40%，這個(gè)差距不可謂不大。因此，落實(shí)到全生命周期度電成本上，才是最直觀的成本評(píng)價(jià)方法。

全生命周期度電成本，與電池容量、電壓和使用壽命三個(gè)因素有關(guān)，同樣的造價(jià)，電池容量越大，電壓越高，壽命越長，則該成本越低。作為設(shè)計(jì)者，這個(gè)指標(biāo)雖然一時(shí)間并不會(huì)與我們的切身利益發(fā)生直接聯(lián)系，但長遠(yuǎn)看，這是產(chǎn)品的重要競爭力。電池電量充足的時(shí)候如此，但低電量的情況又比這復(fù)雜得多。電池在放電的過程中會(huì)出現(xiàn)極化現(xiàn)象，通俗的解釋是電池存在內(nèi)阻（impedance），帶載輸出電流時(shí)和空載時(shí)的輸出電壓不一樣。輸出功率是由電池組的端電壓和負(fù)載電流共同決定的。電池放電，剩余電量越來越少（更加專業(yè)的說法是荷電狀態(tài)-State of Charge，SoC），濃度極化和電化學(xué)極化都會(huì)導(dǎo)致電池電壓降低，在額定電流下所能輸出的最大功率也越來越低。穩(wěn)壓電路能夠解決設(shè)備對(duì)輸入電壓的要求，但在電池組輸出功率受限時(shí)，穩(wěn)壓電路的輸出功率顯然也是受限的。