一、析锂和SEI膜本文综合分析了锂离子电池容量衰退机理,对影响锂离子电池老化与寿命的因素进行分类整理,详细阐述了过充、SEI膜生长与电解液、自放电、活性材料损失、集流体腐蚀等多种机理,总结了近年来各领域学者在电池老化机理方面的研究进展,详细分析了锂离子电池老化影响因素与作用方式,阐述了老化副反应建模方法。
1、锂离子电池老化原因分类与影响
1) 锂离子电池老化原因分类
(1)锂离子电池的老化过程受其在电动汽车上的成组方式、环境温度、充放电倍率和放电深度等多种因素影响,容量及性能衰退通常是多种副反应过程共同作用的结果,与众多物理及化学机制相关,其衰减机理与老化形式十分复杂。
(2)图1为锂离子电池老化综合机理分析,实际的锂离子电池老化过程中,在锂离子电池的各个组分内均会发生不同的副反应或相变过程,各种过程均对容量衰退有不同的影响。综合近年来国内外的研究进展,目前影响锂离子电池容量衰退机理的主因包括:SEI 膜生长、电解液分解、锂离子电池自放电、电极活性材料损失、集流体腐蚀等。在实际的锂离子电池老化过程中,各类副反应伴随着电极反应同时发生,各类老化机理共同作用,相互耦合,增大了老化机理研究的难度。
2 )锂离子电池老化影响
(1)锂离子电池老化对电池综合性能具有比较深刻的影响,主要体现在充放电性能下降、可用容量衰减、热稳定性下降等。 (2)锂离子电池老化后主要的外特性表现为可用容量下降与电池内阻上升,进而导致锂离子电池的实际充放电容量、最大可用充放电功率等下降;同时因锂离子电池内阻上升,在使用过程中伴随生热增加、模组内温度上升、温度不一致性增大等问题,对锂离子电池热管理系统要求提高;而锂离子电池内部的副反应等则因电池成组方式、连接结构等导致单体使用工况存在差异,随着电池使用,电池内各单体间的老化速度存在差异,加剧了锂离子电池组不一致性的产生。 锂离子电池的开路电压曲线表征了当前锂离子电池内部电动势。
(3)随着锂离子电池老化后,开路电压曲线相对于原始状态会发生一定程度的偏移或变形,从而导致锂离子电池的实际充放电电压曲线会发生变化,影响实际使用过程中的电池管理系统电池状态估算精度。随着锂离子电池的老化,锂离子电池可用的最大充放电倍率也会下降,如果电池管理系统不作适应性调整,易产生锂离子电池过充电、过放电、超功率使用的情况,增大锂离子电池使用安全风险。
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