鋰電池的性能會受哪些因素影響呢？如何提升電池性能呢？
來源：寶鄂實業(yè)
2019-06-16 19:56
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我們都知道，鋰電池隨著充放電次數(shù)的增加，容量會越來越少，直接表現(xiàn)就是鋰電池的性能越來越差。那么都有哪些因素影響到鋰電池的性能呢？
影響鋰電池容量的影響因素很多，使用溫度、充放電電流、充放電截止電壓等因素都會影響鋰離子電池的衰降速度。造成鋰電池容量衰降的機(jī)理可以分為三類：
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內(nèi)阻和極化增加
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正負(fù)極活性物質(zhì)損失
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Li損失
不同的外部因素對這三者的影響也各不相同。例如LiFePO4材料的鋰電池具有非常好的循環(huán)性能，但是不同的使用條件對鋰電池循環(huán)壽命有著重要的影響。試驗證明對26650鋰電池進(jìn)行15C脈沖放電和15C連續(xù)放電，兩種放電制度對于26650鋰電池具有完全不同的影響。15C脈沖放電的26650鋰電池容量衰降非?？欤浞烹?0次后就無法再進(jìn)行15C放電，但是仍然能夠進(jìn)行1C放電。而15C連續(xù)放電電池容量衰降較慢，60次以后仍然能夠進(jìn)行15C放電，但是1C倍率的衰降速率要快于15C脈沖放電。
機(jī)理分析得出結(jié)論：15C脈沖放電的電池在負(fù)極的SEI膜中出現(xiàn)更多的LiF，而LiF對鋰離子擴(kuò)散的阻礙更大，使得電池的Li+擴(kuò)散阻抗和電荷交換阻抗迅速增加，從而使得電池在充放電過程中極化電壓過大，從而導(dǎo)致LiFePO4大電流放電能力迅速下降。
鋰電池的充電策略對于鋰電池壽命衰降影響的研究，能夠更好的指導(dǎo)我們對鋰離子電池的設(shè)計。以下就不同充電控制策略對鋰離子電池壽命衰降的影響，研究了其作用機(jī)理，提出鋰離子電池的壽命衰降模型。研究試驗表明，當(dāng)充電電流和截止電壓超過一定的數(shù)值時，鋰離子電池的衰降將被極大的加速，為了降低鋰離子電池的衰降速率，需要針對不同的體系，需要選擇合適的充放電電流和截止電壓。
圖2 倍率放電對電池性能的影響
從數(shù)據(jù)可以看到，隨著充電的倍率的加大，鋰離子電池的衰降速率也在快速增加，并且從曲線的斜率來看，電池的衰降速度存在三個不同的階段，前期衰降速度較快的階段（階段1），中間衰降速度較慢的穩(wěn)定階段（階段2），和后期的衰降速率加速階段（階段3）。針對三個階段電池的衰降機(jī)理的研究認(rèn)為，階段1可能是因為電池SEI膜生長需要消耗一部分Li+，因此衰降速度較快。在階段2隨著SEI膜結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定，內(nèi)部較為穩(wěn)定，因此衰降速度較慢，在階段3隨著電池老化，開始發(fā)生活性物質(zhì)損失，電極活性界面減少，導(dǎo)致電池對于電流十分敏感。圖C是針對不同的截止電壓對電池衰降速度影響的實驗，從實驗結(jié)果可以看到，當(dāng)把充電截止電壓提高到4.3V時會導(dǎo)致電池的循環(huán)性能急劇惡化，降低充電截止電壓可以有效的改善電池的循環(huán)性能。
對電池的動態(tài)內(nèi)阻分析如圖所示，從圖a測試結(jié)果來看，當(dāng)充電電流小于1C時，電池動態(tài)內(nèi)阻隨著電池循環(huán)的變化趨勢幾乎時一樣的，但是當(dāng)充電電流超過1C時，電池動態(tài)內(nèi)阻增加速度會隨著充電速率的增加而快速增加。從圖b的測試結(jié)果來看，當(dāng)充電截止電壓為4.3V時，電池動態(tài)內(nèi)阻增加非常迅速表明高截止電壓會惡化電池的動力學(xué)條件，截止電壓為4.1V和4.2V時電池動態(tài)內(nèi)阻增加較為緩慢。
從上述分析我們可以注意到，無論是充電電流還是充電截止電壓都存在一個值，當(dāng)充電電流或者電壓超過這個值時就會導(dǎo)致電池衰降加速，對于上述電池這個值是1C和4.2V，當(dāng)充電電流和截止電壓超過這個值后就會加速電池的衰降，當(dāng)小于這個值時，提高充電電流和截止電壓并不會顯著的增加電池的衰降速度。對于充電電流和截止電壓對電池衰降速度影響的機(jī)理研究顯示，當(dāng)充電電流低于1C時主要影響的是正負(fù)極活性物質(zhì)損失，而截止電壓低于4.2V時影響的主要是Li損失，當(dāng)充電電流和截止電壓高于這個值時，則會顯著的加速正負(fù)極活性物質(zhì)損失和Li損失。
第一個原因是散煤，散煤是直接燃燒以后，直接排放，不經(jīng)過任何處理的煤炭。中國有7.5億噸，大電廠的脫硫99%，燒一噸散煤相當(dāng)于大電廠的99噸。全中國大家搞多少億方氣，沒有人算過總帳，最后說不到3億噸標(biāo)準(zhǔn)煤熱值，怎么去煤減氣。去年冬天盡管數(shù)字，八年前就發(fā)表了，結(jié)果大家還是強(qiáng)迫煤改氣，去年冬天一改完煤改氣以后，天然氣價格是美國的六倍。風(fēng)能太陽能發(fā)展了四十年，總共的發(fā)電量就是1點(diǎn)幾億的發(fā)電量。在短期內(nèi)靠風(fēng)能太陽能也不行。怎么辦？中國要把空氣搞干凈首先要把煤搞干凈以后再去燒。
第二就是中國是農(nóng)業(yè)大國，有打響的劣質(zhì)柴油和老舊柴油機(jī)。
第三個大量的化肥使用造成的氨排放。因為農(nóng)田一部分吸收了，一部分到空中去了。脫硫，硫在空中就變成硫酸了。光有酸性氣體形成霧霾，兩個一結(jié)合就是霧霾，52%的顆粒是這樣形成的。我講一下怎么解決化肥的事情，不光是化肥，是空氣污染。
化肥不是大家研究多少年以后突然搞的東西。二戰(zhàn)的時候美國造了100多家硝酸工廠，后來在堆硝酸銨的地方草猛長，發(fā)現(xiàn)了它可以當(dāng)做肥料。 但是這個化肥的影響確實有它的隱蔽性，你用三年五年十年都沒問題，但是用了三十年，五十年以后問題來了，硝酸銨強(qiáng)酸弱堿，硝酸留在土地里面，長期下來，把土壤中的細(xì)菌殺死，引起土地板結(jié)。還有一個感覺，用了化肥30、50年以后的土地長出來的東西看著個大，吃著沒味道。因為決定食品營養(yǎng)和味道的是土壤里面的微量礦物質(zhì)，而長期適用化肥，你土壤中決定食品營養(yǎng)和味道的東西沒有了。60年的玉米和2013年的玉米，看著個大，但是鈣含量下降了78%。伴隨著疾病的產(chǎn)生，怎么辦？這個就是為什么海里面的礦物質(zhì)含量增加，但是土壤中只要大量使用化肥的都在減少。
中國剛好從78—11年，整個糧食增產(chǎn)80%，化肥使用增加了682%，每畝地化肥使用量是平均水平的4倍，再這樣下去50年，土地不長了，這個問題怎么辦？好在遠(yuǎn)古時期寶貴的微量元素由煤炭保留下來，大家想想煤炭怎么來的。在燃燒前把不可燃的分離，分離以后不可燃的就作為最好的土壤改良劑，要經(jīng)過一系列的生物活化和處理過程，做完以后產(chǎn)生全世界最好的有機(jī)肥。我們可以產(chǎn)生一個非常干凈的，高熱值的水煤漿。有了水煤漿就可以解決今天的中國的天然氣不夠的問題，散煤的燃燒問題。
關(guān)于中國電動車的問題，中國電動車這么多年來投資電動車資本操作的一大堆假新聞，特斯拉雖然炒作，但是每個季度在虧錢。比亞迪第一個季度今年利潤狂降83%。兩個原因，第一成本，這幾年大增，第二國家的補(bǔ)貼減少。人類發(fā)明鉛酸電池早了21年，但是為什么人類最后沒有，電動車要有鉛酸電池，當(dāng)時電動車早就有了，人們最后沒有選它的很重要原因第一是能量密度，今天鉛酸電池密度90，鋰電池240，今天比亞迪是180，但是汽油是8600。人類為什么選液體燃料，液體燃料在陸上可以管路輸送，海上可以跨海輸送。
