动力锂离子电池单体使用寿命的影响因素有什么

2021-08-19      786 次浏览

针对在电动汽车上使用的动力锂离子电池使用寿命终了,含义是电池的衰减量达到初始容量的20%。动力锂离子电池的使用寿命在电动汽车上反复充放电时,会由于锂离子电池内部的副反应不断发生使得电池本体材料性质而发生衰退。这种衰退是由于以下几个方面出现:电极材料晶格结构的改变;电极材料发生分析、剥落或腐蚀造成活性材料减少;电解液分析消耗引起的导电性下降和阻抗新增;由于负极析锂或副反应造成可脱嵌的锂离子被消耗;副反应生成的气体、不溶物质以及粘结剂改性和集流体腐蚀引起的阻抗新增。


从实际使用环境条件来看,影响动力锂离子电池单体使用寿命的因素紧要包括充放电截止电压、充放电倍率、使用温度以及搁置条件。


已经有很多资料文献声明在一定范围内,不同充电截止电压的循环寿命分别随充电电压越高而越短。这说明充电截止电压对电池使用寿命的影响非常大。高的充电截止电压会加剧电池副反应的发生导致电池使用寿命缩短。动力锂离子电池在整车上使用时,由于电动汽车的各种行驶状况使得电池易出现衰退而在较高电位区域充放电时性能下降较严重。


动力锂离子电池在电动汽车的使用过程中为满足不同的驾驶工况从而采用不同的充放电倍率。对动力锂离子电池倍率充放电的研究声明大倍率充放电会加速电池容量的衰减,充放电倍率越大,电池容量衰减越快。这紧要是由于正极材料结构和性质的改变以及负极表面膜增厚导致锂离子扩散困难造成的。倘若充放电倍率过大的话,还有可能造成单体电池过热、短路引起爆炸等。


不同的动力锂离子电池有不同的佳使用温度,过高或过低的温度都会对电池的使用寿命出现影响。随着温度的降低,锂离子动力锂离子电池的放电容量会有所降低。这是因为随着温度的降低,电解液的离子电导率随之降低,引起电池内阻迅速增大,导致电池在低温时输出性能变差。


动力锂离子电池在搁置不使用的条件下,会由于电池本身的性质发生自放电、正负极材料钝化、电解液分析等情况。有试验结果声明负极SEI性能不稳定会导致负极活性材料快速衰退,并


容易出现锂金属析出,而形成稳定SEI膜的锂离子电池可以在高温条件下储存超过4年,同时不同的电解液组份对电极材料的衰退影响程度不同。


单体的不一致性对动力锂离子电池包的影响


电池单体的不一致性紧要是在制造过程中出现,由于工艺水平使电池极板厚度、微孔率、活性物质的活化程度等存在微小差别。这种电池内部结构上的不一致性就会使同一批次出厂的同一型号电池的电压、容量、内阻等不可能完全一致。单体电池的不一致性对动力锂离子电池包使用寿命的影响分为电压的不一致性、容量的不一致性以及内阻的不一致性。


在单体电池成组的过程中,倘若电压的不一致性较大,会造成低压电池与正常电池一起使用时成为电池包的负载。因为当并联的两节电池中存在低压电池,那么会发生互充电现象,其他电池将会给该电池充电。这种连接方式会使得低压电池的容量小幅度新增而高压电池容量大幅度减少,能量损耗在互充电上达不到理想的对外输出。


初始容量不一致在电池成组前经过筛选已经大大减小,在使用过程尽管可以通过电池单体单独充电方式来平衡单体电池初始容量的不同。但电动汽车的继续充放电循环过程使得这种不一致性在某种程度上会放大,容量随循环的衰减速度不同,随着电池循环次数的新增,容量的差异就会越来越大。这样会使得单体电池的容量加剧衰减带动整个电池包的容量衰减。


内阻的不一致性使得单体锂离子电池在电池包内的电压电流分配不均,局部出现过压充电或欠压放电。内阻的不一致性还会使单体电池在放电过程中热量的损失不等,内阻越大则温度升高的速度越快,有可能终造成热失控。


电压、容量、内阻等各类不一致性导致电池单体寿命与电池包寿命出现差异,紧要表今朝温度差异、充放电倍率差异、放电深度差异和可用容量差异上。比如放电深度的差异,由于电池单体初始容量的差异,大部分电池还处于浅放电的状况下,低容量的电池单体已经深度放电。


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