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影响锂电池包循环寿命的原因有哪些?

2019-01-11   点击量:198

影响锂电池包循环寿命的原因有哪些?锂电池就是最近几年被大众所认可的可以延长续航能力的新电池,但是经过多个周期充放电循环后会出现电池容量等性能下降的现象。相同条件下电池容量衰减的越快,电池品质就相对较差。锂电池包的循环性能是衡量其质量的重要指标,许多关于锂电池包的标准都有循环寿命这一项目。


锂电池包充放电循环过程是一个复杂的物理化学反应过程,其循环寿命影响因素是多方面的。下面小编就对影响锂电池包循环寿命的因素进行分析。


1、设计和制造工艺


在电池设计过程中,材料的选择是最重要的因素。不同的材料性能特性不同,所研发的电池性能也有差距。正负极材料匹配的循环性能好,电池的循环寿命才会长。一般来说,设计装配过程中一般要求负极容量相对正极过量一些,如果不过量,在充电过程中负极会析出锂,形成锂枝晶从而影响安全性。负极相对正极过量太多,正极可能过度脱锂,造成结构坍塌。


电解液的种类和注液量也影响着电池寿命。锂电池包的制造工艺流程主要包括:正负极配料、涂布、制片、卷绕、入壳、注液、封口、化成等。在电池生产过程中,对每一步的流程都要求非常严格。任何一个流程没有控制好都有可能影响电池循环性能。


2、锂电池材料老化衰退


锂电池包充放电循环的过程即为锂离子通过电解液在正负极材料之间来回脱嵌、移动的过程。在锂电池包循环过程中,除在正负极发生氧化还原反应外,还存在大量副反应。如果能将锂离子电池的副反应降至低水平,使锂离子通过电解液始终能顺畅地往返于正负极材料之间,就能使锂离子电池的循环寿命得以增加。


正负极集流体的性质也会影响电池的容量和循环寿命。锂电池包正、负极常用的集流体材料分别为铝和铜,二者都是易腐蚀的金属材料。集流体被腐蚀后形成钝化膜、粘附性差、局部腐蚀(点蚀)和全面腐蚀都会使电池内阻增加,导致容量损失和放电效率降低。可通过酸-碱浸蚀、导电包覆等预处理方法增强其粘附性和耐腐蚀性。


3、循环过程中充放电制度


锂电池包的使用过程即充放电循环的过程,充放电电流的大小、充放电截止电压的选择及采用何种充放电方式等充放电制度,对锂离子电池的循环寿命也有很重要的影响。凡盲目增大电池的工作电流、增加充电截止电压、降低放电截止电压等都会使锂电池包性能下降。


不同电化学体系的锂离子电池的充放电截止电压不同。在锂离子电池充电过程中凡超过充电截止电压就认为发生了过充电。锂离子电池过充时,从正极上脱出的过量的锂离子会沉积或嵌入到负极上,沉积的活性锂易与溶剂反应,放出热量使电池温度升高。当锂电池的放电电压低于放电截止电压时,就形成了过放电。


在过放电的过程中,锂离子从负极上会过度脱出,下次充电时再嵌入会比较困难。锂电池在过放电以后的循环过程中放电容量、充放电效率大为降低。另外,锂电池极可能会在大电流条件下熔断,设备元件也可能会被损坏。


4、锂电池使用环境


锂电池包的使用环境对其循环寿命影响也是非常重要的。其中,环境温度是十分重要的因素。环境温度过低或过高都会影响锂电池的循环寿命。


常规的锂电池工作温度:-20℃~60℃,不过一般低于0℃后锂电池性能就会下降,放电能力就会相应降低,所以锂电池性能完全的工作温度,常见是0~40℃。一些特殊环境要求的锂电池温度就各有不同了,另外注意通风良好,利于散热,并保持环境的清洁。


高温下锂离子电池的充放电循环是不稳定,高温导致电池的电极电化学极化加剧和气体的产生,造成鼓胀现象,同时电荷传输电阻增加,离子传输动力学性能降低。低温下恒压充电时间增加,充电性能也明显恶化。使用锂离子电池的设备在运输或正常工作的情况下,有可能会经受振动、冲击、碰撞等条件的考验。某些锂电池在与系统通信时进行充放电并根据一定频率接收数据信息。

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钜大特种电池工程研究院

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