鉅大鋰電 | 點(diǎn)擊量:0次 | 2020年11月26日
簡述電池壽命的影響因素
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(xué)電源,內(nèi)部有復(fù)雜的電化學(xué)過程,而溫度是絕大部分化學(xué)反應(yīng)過程活躍程度的決定因素。
高溫,電化學(xué)反應(yīng)更活躍,電池在性能上有更好的表現(xiàn),比如放電能力增強(qiáng),內(nèi)阻減小等。但是高溫會(huì)使得電解質(zhì)與正負(fù)極材料之間的副反應(yīng)加劇,加快消耗電解質(zhì),正負(fù)極材料與鋰離子,這種損失是永久的,會(huì)造成電池容量的衰減以及內(nèi)阻的上升。
低溫遇高溫相反,副反應(yīng)水平低,而電池內(nèi)部化學(xué)活性也降低,活性物質(zhì)的單點(diǎn)能力也會(huì)降低。假如這種情況大電流放電,電極材料由于無法達(dá)到負(fù)載要求,會(huì)造成陰極材料結(jié)構(gòu)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(guān)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(guān)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(huì)加劇電解液的分解過程,分解產(chǎn)物同樣包含可燃?xì)怏w,損害電解液的導(dǎo)電能力。而過電壓充電,關(guān)于電池陽極來說,就是想把過多的鋰離子塞進(jìn)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(qū)使著離開陽極晶格結(jié)構(gòu),結(jié)構(gòu)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(huì)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(jié)構(gòu)的過程,快速脫離晶格會(huì)對結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性造成沖擊,想要快速嵌入陽極,擴(kuò)散速率跟不上,則會(huì)出現(xiàn)鋰單質(zhì)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(jié)構(gòu)的損壞帶來容量損失。
當(dāng)電池的放電電流過大,大量鋰離子要短時(shí)間通過SEI膜,可能造成膜層結(jié)構(gòu)的大規(guī)模破損,這會(huì)帶來舊的膜層的脫落,進(jìn)而是一次大規(guī)模的修復(fù)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(shí)間內(nèi)擠進(jìn)晶格中,擴(kuò)散速度跟不上,則會(huì)造成通道阻塞,晶格結(jié)構(gòu)受到?jīng)_擊。
大的放電電流帶來的熱效應(yīng),則會(huì)進(jìn)一步擴(kuò)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(zhì)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(nèi)部微觀結(jié)構(gòu)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。