影响电池性能和寿命的外部因素重要有什么

2020-10-14      1627 次浏览

1)温度


温度几乎可以说是锂离子电池最重要环境影响因素。锂离子电池是电化学电源,其用途过程完全依靠电化学反应的能力,而温度决定了绝大部分化学反应过程的活跃程度。早已有科学家对此作出了定量描述。Arrhenius方程给出了温度与化学反应速率的方程式,认为化学反应速率与温度之间成指数关系。


k为速率常数,R为摩尔气体常量,T为热力学温度,Ea为表观活化能,A为指前因子(也称频率因子)。


高温,电化学反应活跃度新增,电池表现出更加良好的性能特点,比如放电能力增强,内阻减小等。向内看,高温使得电池内部副反应加剧,电解液与正负极材料的反应消耗电极材料和锂离子。这种电极材料和电解液的损失是永久的,会造成容量的衰减和内阻的上升。


低温,与高温相反,电池系统内部电化学活性降低,副反应水平降低,活性物质导电能力同样降低。假如在低温下大电流放电,电极材料由于无法达到负载要求勉力而为,会造成阴极材料结构破坏;低温大电流充电,则可能出现阳极镀锂,枝晶生长问题。


2)电压


充电过压,是锂离子电池非正常衰减的一个重要原因。下图是一种三元锂电芯的充电截止电压与循环寿命的关系曲线,可以看到仅仅0.15V的电压之差,给电池寿命带来的影响。


循环寿命和充电截止电压的关系


前文电解质部分提到,电解质都有自身确定的电压窗口,超越这个窗口的极限值,电压导致的电解液分解比例会大大新增。而过电压充电,关于电池阳极来说,就是想要把过多的锂离子塞进它那有限的小房间,小房间可能被挤爆,或者道路被卡死;而对阴极来说,过多的锂离子都被驱使着离开阳极晶格结构,结构稳定性受到影响,造成局部坍塌。过量的锂离子在阳极,无法嵌入,则会沉积在电极表面,形成危险的镀锂问题。


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