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鋰離子電池容量為何會衰減?

鉅大LARGE  |  點擊量:875次  |  2020年11月18日  

鋰離子電池是繼鎘鎳電池、氫鎳電池之后發(fā)展最快的二次電池。鋰離子電池的應用很大程度取決于其充放電循環(huán)的穩(wěn)定性,和其它二次電池相同,鋰離子電池在循環(huán)過程中容量衰減是不可防止的。


鋰離子電池在兩個電極間發(fā)生嵌入反應時具有不同的嵌入能量,而為了得到電池的最佳性能,兩個宿主電極的容量比應該保持一個平衡值。假如容量比過大或者過小,就會導致負極材料被過充電而存在安全隱患,或者負極不能被完全利用。


關于理想的鋰離子電池系統(tǒng),在其循環(huán)周期內容量平衡不發(fā)生改變,每次循環(huán)中的初始容量為一定值,然而實際上情況卻復雜得多。任何能夠出現(xiàn)或消耗鋰離子或電子的副反應都可能導致電池容量平衡的改變,一旦電池的容量平衡狀態(tài)發(fā)生改變,這種改變就是不可逆的,并且可以通過多次循環(huán)進行累積,對電池性能出現(xiàn)嚴重影響。


在鋰離子電池中,除了鋰離子脫嵌時發(fā)生的氧化還原反應外,還存在著大量的副反應,如正負極過充反應、電解液分解、自放電、活性物質溶解、金屬鋰沉積等,這些都會造成電池內容量平衡被破壞,導致鋰離子電池發(fā)生永久性容量損失。此外,極溫環(huán)境等外在因素也會造成鋰離子電池容量暫時下降。


近兩年來,我國大力推廣新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展,然而在新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展的初級階段,總會暴露一些問題,動力鋰電池衰減問題也正在成為阻礙新能源汽車發(fā)展的瓶頸。


低溫是電池殺手。在冬季嚴寒天氣下,純電動汽車的鋰離子電池由于活性降低、要長時間為空調供電等原因,續(xù)航里程出現(xiàn)一定程度縮減是正常的。尤其是空調的使用更是極大縮短了電動汽車的續(xù)航里程,這是因為汽油車是依靠發(fā)動機散熱來供應暖風,不會新增油耗,而電動汽車由于沒有發(fā)動機散熱一說,要消耗更多的電量來制熱。這也是消費者抱怨電動汽車續(xù)航里程普遍虛高的原因之一,即便是特斯拉的用戶也不能幸免。在特斯拉的全球第二大市場挪威,有不少有關ModelS用戶抱怨氣溫降至0度以下時汽車續(xù)航里程驟降以及充電困難的案例。特斯拉公司也承認,當氣溫低于0度時,ModelS會遭遇充電難問題。


單體電池差異和BMS系統(tǒng)水平低導致電池衰減。動力鋰電池組是由大量單體電芯組合而成,根據(jù)電池廠家制造水平的不同,電池組中單體電池之間的差異性的大小也不盡相同。鋰離子電池經(jīng)過多次反復充、放電循環(huán)之后,各串電池電量之間的差異會越來越大。


由于BMS電池管理系統(tǒng)的過充和過放保護,充電時電量最高的那串電池充滿即停止充電,其他各串則無法充滿;放電時電量最低的那串電池放完即停止放電,其他各串無法放完電;鋰離子電池包的虛電(無法使用的電量)逐步增多,鋰離子電池包實際有效電量大大下降,電動汽車續(xù)航里程持續(xù)下降。假如不能及時進行均衡,電量低的電池串放電深度越深,壽命就越容易縮短,甚至出現(xiàn)個別電池損壞的情況。但不少廠家對BMS均衡功能的重要性認識不足,并且基于成本上的考慮,當前很多電動汽車鋰離子電池包BMS都沒有配置均衡功能,或者只是配置了簡單的被動均衡功能,導致電池包各串電池之間出現(xiàn)差異后無法及時修復。


車主使用過程中操作不當引起續(xù)航里程衰減。上文提到,過充和過放都會導致電池容量減損,車主充電時間過長,或者駕駛時不考慮電池余量直到愛車趴窩,這些都會影響動力鋰電池的續(xù)航里程和使用壽命。此外,由于鋰離子電池長久不用會出現(xiàn)自放電現(xiàn)象,這也會對動力鋰電池造成損害。因此,當電動汽車一段時間內不使用時,要每隔一段時間啟動一次汽車,給電池充下電。


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