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簡述電池壽命的影響因素

鉅大LARGE  |  點擊量:1949次  |  2020年11月26日  

1.溫度


溫度可以說是鋰離子電池的最重要影響因素,上面也說到鋰離子電池是電化學電源,內部有復雜的電化學過程,而溫度是絕大部分化學反應過程活躍程度的決定因素。


高溫,電化學反應更活躍,電池在性能上有更好的表現(xiàn),比如放電能力增強,內阻減小等。但是高溫會使得電解質與正負極材料之間的副反應加劇,加快消耗電解質,正負極材料與鋰離子,這種損失是永久的,會造成電池容量的衰減以及內阻的上升。


低溫遇高溫相反,副反應水平低,而電池內部化學活性也降低,活性物質的單點能力也會降低。假如這種情況大電流放電,電極材料由于無法達到負載要求,會造成陰極材料結構破壞;低溫大電流充電,則可能出現(xiàn)析鋰,枝晶生長問題。


2.電壓


過壓充電是鋰離子電池非正常衰減的重要原因之一。


循環(huán)壽命和充電截止電壓的關系


上圖是一種三元鋰電芯的充電截止電壓與循環(huán)壽命的關系曲線,不難發(fā)現(xiàn),0.15V的電壓差所造成的電池壽命影響很大。


外加電壓過高,高于電解液能夠承受的電壓窗口,會加劇電解液的分解過程,分解產物同樣包含可燃氣體,損害電解液的導電能力。而過電壓充電,關于電池陽極來說,就是想把過多的鋰離子塞進它那有限的空間,可能被擠爆,或者道路被卡死;而對陰極來說,過多的鋰離子都被驅使著離開陽極晶格結構,結構穩(wěn)定性受到影響,造成局部坍塌。過量的鋰離子在陽極,無法嵌入,則會沉積在電極表面,形成枝晶生長。


3.電流


電流過大分為充電電流過大以及放電電流過大兩種。


充電電流過大,充電,是鋰離子脫離正極晶格嵌入石墨層狀結構的過程,快速脫離晶格會對結構穩(wěn)定性造成沖擊,想要快速嵌入陽極,擴散速率跟不上,則會出現(xiàn)鋰單質在陽極表面沉積。


大電流充放電過程中造成鋰離子損失,體現(xiàn)在壽命參數(shù)上,就是可用容量的衰減和充放電電阻的上升。電極結構的損壞帶來容量損失。


當電池的放電電流過大,大量鋰離子要短時間通過SEI膜,可能造成膜層結構的大規(guī)模破損,這會帶來舊的膜層的脫落,進而是一次大規(guī)模的修復過程,也是消耗大量鋰離子的過程。大量鋰離子來到陰極,想要短時間內擠進晶格中,擴散速度跟不上,則會造成通道阻塞,晶格結構受到沖擊。


大的放電電流帶來的熱效應,則會進一步擴展大電流放電的影響范圍。散熱能力跟不上,電池溫升過高,電解質的分解,隔膜融化都可能接連發(fā)生,因而電流對壽命的影響除了鋰離子對內部微觀結構的沖擊,重要的是通過熱的用途顯現(xiàn)的。因而,電池系統(tǒng)散熱能力不同,同樣的大電流,對壽命的影響就很不相同。


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