通過平時(shí)對(duì)鋰電池的規(guī)范使用和定期的維護(hù)來延長(zhǎng)鋰電池的壽命小技巧
來源：寶鄂實(shí)業(yè)
2019-07-07 18:27
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隨著數(shù)字化智能設(shè)備和電動(dòng)汽車市場(chǎng)的日益擴(kuò)張，鋰金屬電池可以說是最有前途的高密度儲(chǔ)能技術(shù)之一。然而，鋰金屬電池技術(shù)的一大壁壘是會(huì)出現(xiàn)不可控的鋰枝晶，并由此引起充電能力變差和安全隱患的問題。
鋰枝晶指的是鋰金屬在用作電池的陽極或負(fù)極時(shí)表面生長(zhǎng)出的針狀物，它會(huì)引起有害的副反應(yīng)而降低能量密度，嚴(yán)重的甚至?xí)?dǎo)致電極短路而引發(fā)火災(zāi)或爆炸。
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日前，亞利桑那州立大學(xué)（Arizona State University）的一項(xiàng)新研究發(fā)現(xiàn)，使用三維聚二甲基硅氧烷（PDMS）層作為電池中鋰金屬陽極的基體材料，能夠有效地抑制鋰枝晶的形成，從而大大地延長(zhǎng)電池壽命，減少安全隱患。該研究于3月6日發(fā)表在最新的頂級(jí)期刊《自然·能源》（Nature Energy）上。
論文的首席研究員姜漢卿（Hanqing Jiang）教授說，這個(gè)發(fā)現(xiàn)對(duì)鋰離子（lithium-ion）電池和鋰空氣（lithium-air）電池都有意義，并且對(duì)其他金屬陽極電池也有很大的意義。因?yàn)閹缀跛杏米麟姵仃枠O的金屬都會(huì)產(chǎn)生枝狀晶體，比如，鋅、鈉和鋁電池等。
姜漢卿稱，他和研究團(tuán)隊(duì)并不是從材料或電化學(xué)的角度來解決這個(gè)問題的，而是從機(jī)械工程師的角度來尋找解決方案。他說，“已知的研究表明，微小的錫針或錫須（類似枝狀晶體）在應(yīng)力作用下會(huì)從錫金屬的表面伸出，因此通過類比，我們研究了應(yīng)力作為鋰枝晶生長(zhǎng)原因的可能性。”
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圖丨（a）電鍍鋰層過程中形成的壓應(yīng)力使得PDMS基底上的銅層產(chǎn)生褶皺變形；（b）PDMS基底的褶皺變形使得鋰層中的應(yīng)力得到釋放，從而抑制枝晶的形成；（c）沒有柔性PDMS基底的應(yīng)力釋放作用，鋰金屬表面形成枝狀晶體
在第一輪研究中，研究者在電池的陽極底部加了一層柔性PDMS，發(fā)現(xiàn)鋰枝晶的生長(zhǎng)有明顯的減少。研究者的分析表明，金屬鋰電極中累積的應(yīng)力被PDMS基底以褶皺變形的形式所釋放，而這種枝晶減少的趨勢(shì)與此應(yīng)力釋放直接相關(guān)。
“這是首次從實(shí)驗(yàn)上證明了殘余應(yīng)力在鋰枝晶的形成中起著關(guān)鍵作用”，姜漢卿說。
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圖丨三維多孔鍍銅PDMS基體的制作過程
除了研究鋰枝晶的生長(zhǎng)機(jī)制外，姜漢卿團(tuán)隊(duì)又進(jìn)一步研究了如何利用這種現(xiàn)象（應(yīng)力釋放減少枝晶生長(zhǎng)）來延長(zhǎng)鋰金屬電池的壽命，同時(shí)還保持高能量密度。
研究者提出的方法是將PDMS基體做成具備很多表面的三維結(jié)構(gòu)。“利用一塊內(nèi)部含有大量小孔的方糖作為模板，PDMS進(jìn)入方糖內(nèi)部的孔隙中，形成一個(gè)連續(xù)的網(wǎng)絡(luò)狀基底，再鍍一層薄薄的銅層以傳導(dǎo)電子。最后，再用鋰金屬充滿這些孔隙。PDMS作為一種多孔的海綿狀層，能夠有效減輕應(yīng)力并抑制枝晶生長(zhǎng)”， 姜漢卿解釋說。
該研究小組成員之一、萊斯大學(xué)（Rice University）的Ming Tang教授說：“通過與其他抑制鋰枝晶的方法相結(jié)合，比如新的電解液添加劑，這一發(fā)現(xiàn)對(duì)于使鋰金屬電池成為一種安全、高密度、長(zhǎng)期儲(chǔ)存能量的解決方案具有廣泛的意義。這種技術(shù)的潛在應(yīng)用范圍非常廣泛，從個(gè)人電子設(shè)備供電，到為電動(dòng)汽車提供超長(zhǎng)時(shí)動(dòng)力，再到作為太陽能電網(wǎng)的備用電源。”
對(duì)于動(dòng)力電池來說，通常大家最關(guān)心的問題無非是電池的壽命、電池的安全性以及電池的續(xù)航性能等這幾個(gè)方面。其實(shí)，不管是傳統(tǒng)的鉛酸電池，還是現(xiàn)在電動(dòng)車新國標(biāo)落地以后“來勢(shì)很猛”的鋰電池，電池的壽命以及耐用性，都在消費(fèi)者選擇電池的過程中扮演著舉足輕重的角色！
常說：鋰電池只能充放電500次？
在日常生活中，我們經(jīng)常會(huì)聽到這樣一種說法：“鋰電池壽命比傳統(tǒng)鉛酸電池要長(zhǎng)，循環(huán)壽命可達(dá)500次。”通常，我們會(huì)把鋰電池的壽命是“500次”，想當(dāng)然的認(rèn)為是充電次數(shù)，事實(shí)上指的500次充放電周期。
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一個(gè)充電周期，指的是鋰電池的電量由滿用到空，再由空充到滿的過程，這并不等同于充一次電。舉個(gè)例子，一塊鋰電池當(dāng)天只用了一半的電量，然后又為它充滿電。如果第二天還如此，用一半就充，總共兩次充電下來，這只能算作一個(gè)充電周期，而不是兩個(gè)。因此，通?？赡芤?jīng)過好幾次充電才完成一個(gè)周期。
電池耗盡再充電，延長(zhǎng)鋰電池壽命？
很多人可能會(huì)疑惑，是不是鋰電池充放電超過500個(gè)周期，就得換新鋰電了呢？很多朋友為了能夠延長(zhǎng)電池的壽命，每次都在電池電量完全耗盡時(shí)才進(jìn)行充電 ，這樣真的可以延長(zhǎng)鋰電池壽命嗎？
事實(shí)上，每完成一個(gè)充電周期，電池容量就會(huì)相對(duì)減少一點(diǎn)。不過，這個(gè)電池容量減少幅度非常小，并不影響電池的正常性能。據(jù)了解，現(xiàn)在高品質(zhì)的鋰電池經(jīng)過多個(gè)周期充放電之后，電池容量仍然可達(dá)80%以上。
如何延長(zhǎng)鋰電池壽命呢？
1、首次騎行時(shí)，最好把鋰電池充滿，主要是因?yàn)殇囯姵貜某鰪S那一刻，就開始處于一個(gè)自放電過程，自放電會(huì)使鋰電池帶電量減少 。
2、每次騎行時(shí)，不要將電池電量完全耗盡，長(zhǎng)期過放會(huì)使電池壽命減少3倍。當(dāng)電動(dòng)車騎行中出現(xiàn)電量過低提示時(shí)，要及時(shí)地停止騎行，去盡快充電。
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3、注意的是鋰電池不能過度放電，過度放電會(huì)造成不可逆的容量損失。如果長(zhǎng)時(shí)間不用電池，應(yīng)將電池從儀器中取出保存于干燥陰涼處，并要在60~90天內(nèi)充電一次，以免存放時(shí)間過長(zhǎng)，電池因自放電導(dǎo)致電量過低，造成不可逆的容量損失，因?yàn)殇囯姵氐淖罴汛娣艩顟B(tài)是半電存放。
4、千萬不能過充，當(dāng)充電完成指示燈亮?xí)r，要停止充電。
5、盡量使用原裝鋰電池充電器充電，原裝充電器配套性能強(qiáng)，充電倍率適度，避免因過大電流充電造成對(duì)電池內(nèi)部結(jié)構(gòu)的損害。
鋰電池生命循環(huán)到底是多少次？隨著社會(huì)節(jié)能環(huán)保的提倡，越來越多的環(huán)保型產(chǎn)品被應(yīng)用到市場(chǎng)當(dāng)中。而在電池行業(yè)，鋰電池憑借著眾多的優(yōu)勢(shì)迅速的占領(lǐng)了市場(chǎng)，并逐漸取代傳統(tǒng)鉛酸蓄電池。對(duì)于傳統(tǒng)電池來說，鋰電池具有壽命長(zhǎng)，節(jié)能環(huán)保無污染，維護(hù)成本低，充放電完全，重量輕等等優(yōu)勢(shì)，總說鋰電池壽命長(zhǎng)，長(zhǎng)到什么程度？
鋰電池壽命多長(zhǎng)
所謂鋰電池壽命是指電池在使用過一段時(shí)間后，容量衰減為標(biāo)稱容量（室溫25℃，標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，且以0.2C放電的電池容量）的70%，即可認(rèn)為壽命終止。行業(yè)內(nèi)一般以鋰電池滿充滿放的循環(huán)次數(shù)來計(jì)算循環(huán)壽命。在使用的過程中，鋰電池內(nèi)部會(huì)發(fā)生不可逆的電化學(xué)反應(yīng)導(dǎo)致容量下降，比如電解液的分解，活性材料的失活，正負(fù)極結(jié)構(gòu)的坍塌導(dǎo)致鋰離子嵌入和脫嵌的數(shù)量減少等等。實(shí)驗(yàn)標(biāo)明，更高倍率的放電會(huì)導(dǎo)致容量更快的衰減，如果放電電流較低，電池電壓會(huì)接近平衡電壓，能釋放出更多的能量。
鋰電池的理論壽命約為800次循環(huán)，在商業(yè)化的可充電鋰電池中屬于中等。磷酸鐵鋰約為2000次，而鈦酸鋰據(jù)說可以達(dá)到1萬次循環(huán)。目前主流的電池廠家在其生產(chǎn)的電芯規(guī)格書中承諾大于500次，但是電芯在配組做成電池包后，由于一致性問題，主要是電壓和內(nèi)阻不可能完全一樣，其循環(huán)壽命大約為400次。西安華邁長(zhǎng)期制造鋰電池電池組。
什么是三元鋰電池？三元鋰電池壽命多長(zhǎng)？
在電池行業(yè)，三元鋰電池憑借著眾多的優(yōu)勢(shì)迅速的占領(lǐng)了市場(chǎng)，并逐漸取代傳統(tǒng)鉛酸蓄電池。對(duì)于傳統(tǒng)電池來說，三元鋰電池具有壽命長(zhǎng)，節(jié)能環(huán)保無污染，維護(hù)成本低，充放電完全，重量輕等等優(yōu)勢(shì)，總說三元鋰電池壽命長(zhǎng)，長(zhǎng)到什么程度？
在自然界中，鋰元素是最輕的、原子質(zhì)量最小的金屬，鋰化學(xué)性質(zhì)活潑，極易失去電子被氧化為L(zhǎng)i+，標(biāo)準(zhǔn)電極電位為-3.045V，電化學(xué)當(dāng)量為0.26g/Ah，鋰元素的這些特點(diǎn)決定了它是一種具有很高比能量的材料。三元鋰電池是指采用鎳鈷錳三種過渡金屬氧化物為正極材料的鋰二次電池。它充分綜合了鈷酸鋰良好的循環(huán)性能、鎳酸鋰的高比容量和錳酸鋰的高安全性及低成本等特點(diǎn)，利用分子水平混合、摻雜、包覆和表面修飾等方法合成鎳鈷錳等多元素協(xié)同的復(fù)合嵌鋰氧化物，是目前被廣泛研究和應(yīng)用的一種鋰離子可充電電池。
三元鋰電池的理論壽命約為800次循環(huán)，在商業(yè)化的可充電鋰電池中屬于中等。磷酸鐵鋰約為2000次，而鈦酸鋰據(jù)說可以達(dá)到1萬次循環(huán)。目前主流的電池廠家在其生產(chǎn)的三元電芯規(guī)格書中承諾大于500次（標(biāo)準(zhǔn)條件下充放電），但是電芯在配組做成電池包后，由于一致性問題，主要是電壓和內(nèi)阻不可能完全一樣，其循環(huán)壽命大約為400次。廠家推薦SOC使用窗口為10%~90%，不建議進(jìn)行深度充放電，不然會(huì)對(duì)電池的正負(fù)極結(jié)構(gòu)造成不可逆的損傷，若是以淺充淺放來計(jì)算的話，循環(huán)壽命至少有1000次。另外，鋰電池若是經(jīng)常在高倍率和高溫環(huán)境下放電，電池壽命會(huì)大幅下降到不足200次。
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鋰電池壽命
鋰電池生命循環(huán)次數(shù)是根據(jù)電池質(zhì)量和電池材料來定的：
1、三元材料循環(huán)次數(shù)約800次。
2、磷酸鐵鋰電池循環(huán)次數(shù)約2500次。
3、正品電池和不良品電池循環(huán)次數(shù)是有區(qū)別的，正品電池按電池廠家規(guī)格書上的循環(huán)次數(shù)來設(shè)計(jì)生產(chǎn)的，而不良品電池循環(huán)次數(shù)有時(shí)可能邊50次都不到。
正規(guī)廠家生產(chǎn)的鋰電池，一般循環(huán)次數(shù)都是在2000-3000次。
總之，鋰電壽命和充電周期的完成次數(shù)有關(guān)，和充電次數(shù)沒有直接關(guān)系。雖然鋰電池的壽命是有限的，但是可以通過平時(shí)對(duì)鋰電池的規(guī)范使用和定期的維護(hù)來延長(zhǎng)鋰電池的壽命！
