简述电池寿命的影响因素

2020-11-26      1937 次浏览

1.温度


温度可以说是锂离子电池的最重要影响因素,上面也说到锂离子电池是电化学电源,内部有复杂的电化学过程,而温度是绝大部分化学反应过程活跃程度的决定因素。


高温,电化学反应更活跃,电池在性能上有更好的表现,比如放电能力增强,内阻减小等。但是高温会使得电解质与正负极材料之间的副反应加剧,加快消耗电解质,正负极材料与锂离子,这种损失是永久的,会造成电池容量的衰减以及内阻的上升。


低温遇高温相反,副反应水平低,而电池内部化学活性也降低,活性物质的单点能力也会降低。假如这种情况大电流放电,电极材料由于无法达到负载要求,会造成阴极材料结构破坏;低温大电流充电,则可能出现析锂,枝晶生长问题。


2.电压


过压充电是锂离子电池非正常衰减的重要原因之一。


循环寿命和充电截止电压的关系


上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,不难发现,0.15V的电压差所造成的电池寿命影响很大。


外加电压过高,高于电解液能够承受的电压窗口,会加剧电解液的分解过程,分解产物同样包含可燃气体,损害电解液的导电能力。而过电压充电,关于电池阳极来说,就是想把过多的锂离子塞进它那有限的空间,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,形成枝晶生长。


3.电流


电流过大分为充电电流过大以及放电电流过大两种。


充电电流过大,充电,是锂离子脱离正极晶格嵌入石墨层状结构的过程,快速脱离晶格会对结构稳定性造成冲击,想要快速嵌入阳极,扩散速率跟不上,则会出现锂单质在阳极表面沉积。


大电流充放电过程中造成锂离子损失,体现在寿命参数上,就是可用容量的衰减和充放电电阻的上升。电极结构的损坏带来容量损失。


当电池的放电电流过大,大量锂离子要短时间通过SEI膜,可能造成膜层结构的大规模破损,这会带来旧的膜层的脱落,进而是一次大规模的修复过程,也是消耗大量锂离子的过程。大量锂离子来到阴极,想要短时间内挤进晶格中,扩散速度跟不上,则会造成通道阻塞,晶格结构受到冲击。


大的放电电流带来的热效应,则会进一步扩展大电流放电的影响范围。散热能力跟不上,电池温升过高,电解质的分解,隔膜融化都可能接连发生,因而电流对寿命的影响除了锂离子对内部微观结构的冲击,重要的是通过热的用途显现的。因而,电池系统散热能力不同,同样的大电流,对寿命的影响就很不相同。


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