锂离子电池使用寿命重要受两方面影响,一个是外部使用条件,一个是内部电芯的因素。
从外部使用条件来看,影响锂离子电池使用寿命的因素重要包括充放电方式、充放电截止电压、充放电倍率、使用温度以及搁置条件。
从内部电芯因素来看,房车上锂离子电池的使用往往是电池组的形式,电池组一般都是将成百上千只电芯单体串并联,单体一致性是影响使用寿命的另一重要因素。重要表现为电压、容量、内阻等参数的不一致性。
电池外部使用条件对锂离子电池使用寿命的影响
充放电方式:目前锂离子电池在充电方法的研究方面,大多是基于马斯理论开展的,即让充电电流尽量接近马斯理论的最佳充电曲线,不对电池造成伤害。有研究者对常见的几种充电方法做了全面的比较,发现恒流恒压充电以及阶梯恒流充电法克服了恒流充电和恒压充电的缺点,这种充电方式对电池损害最低,可广泛使用。
充放电倍率、充放电截止电压:不同的充放电倍率下,锂离子电池循环相同时间后,锂离子电池容量衰减损失率不同。改变充放电截止电压后,经过测试发现,电极材料的结构也发生了改变。而正极材料结构的改变和负极表面膜增厚会导致锂离子数量的减少及扩散通道阻塞,从而引起电池容量衰减。
使用温度:不同的锂离子电池有不同的最佳使用温度,过高或过低的温度都会对电池的使用寿命出现影响。研究表明,在常温下循环电池的容量衰减较为缓慢,而在55℃和65℃高温条件下,电池表现出很快的失效行为。当温度低于-10℃时,电池的容量急剧衰减,同时,低温下,锂离子电池的性能也会变差,这与电解液的离子电导率降低以及电极材料有关。
搁置条件: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、电解液分解等情况。而负极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,同时不同的电解液组份对电极材料的衰退影响程度不同。
内部电芯单体不一致性对锂离子电池使用寿命的影响
单体的不一致性,重要表现为电压、容量、内阻等参数的不一致性。不一致的单体电池串并在一起使用,电池组的寿命永远小于寿命最短的单体电池的寿命。类似木桶原理,电池组的寿命,由寿命最短的单体电池决定。很大可能性,寿命最短的单体电池,就是那个容量小的电池。小容量电池,每次都是满充满放,出力过猛,很大可能最先到达寿命的终点。一个单体电池寿命终结,一组焊接在一起的电池组,也就跟着寿终正寝。