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影响锂电池的寿命有哪些因素?

2019-11-07 11:16:42    816次浏览

锂电池的使用寿命是锂离子电池使用中必须注意的一个指标。一般来说,锂离子电池的使用寿命主要受两个因素的影响:1)使用时间;2)循环次数。根据锂离子电池的衰减率,可以将电池的衰减率分为早期线性衰减率和后期非线性衰减率。非线性下降过程的典型特征是电池的容量在短时间内显著下降,这就是我们通常所说的容量跳水,这对电池的使用和台阶的使用是非常不利的。

在实验中,西蒙·F·舒斯特(SimonF.Schuster)使用的电池是E-One Moli Energy公司的IHR20250A电池。阴极材料为NMC材料,阳极材料为石墨,标称容量为1.95Ah。实验中分析了电压窗口、充电率、放电速率和温度对电池非线性衰减的影响。具体的实验安排如下表所示。

主要结果如下:

1、工作电压窗对负SEI薄膜生长的影响是,由于电化学窗口宽,正过渡金属元素的溶解增强,溶解过渡金属元素迁移到负极表面,加速了负电极过渡金属薄膜的生长。结果表明,负极动力学条件加速了锂的衰变,因此负极提前沉淀锂,导致非线性衰减较早。

2、充放电倍率的影响

由于锂离子电池的非线性衰减主要是由负极表面锂金属的沉淀引起的,因此充放电电流与锂离子电池的非线性衰减的发生密切相关,影响关于电池的非线性衰减是电池的充电电流,以1C速率充电的电池几乎从一开始就显示出非线性衰减的趋势,但是如果我们将充电电流降低到0.5C,那么电池的时间节点就是非线性衰变将大大延迟。放电电流对电池非线性衰减的影响几乎可以忽略不计。这主要是因为随着充电电流的增加,负极的极化也显着增加,这导致锂从负极中释放的风险显着增加。沉淀的多孔金属金属促进电解质的分解并加速。负极动态性能的下降导致非线性衰变的早期发生。

3、温度的影响

温度对负电极的动态特性有着非常重要的影响,因此温度对电池非线性衰减发生的时间也有着重要的影响。

在35°C循环的电池最晚有一个非线性下降。如果我们把电池的电压窗降低到3.17-4.11v,早期35°C和50°C周期的电池衰减率相对一致,但在寿命结束时循环在35°C的电池开始呈现非线性下降。这主要是由于电池在低温下的动力学条件恶化,导致负极更容易被分析为锂,从而加速了sei膜的生长,导致负极动力学条件进一步恶化,导致早期锂离子电池的非线性下降。

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