鋰離子電池容量為什麼會衰減?

2020-12-08 電子發燒友

鋰離子電池容量為什麼會衰減？

浪跡 發表於 2016-12-01 11:02:13

　

　　鋰離子電池容量為什麼會衰減？

　　大到純電動汽車，小到電腦、手機等電子產品，電池的續航能力始終受到消費者的高度關注，就連最近三星note7爆炸事件，也被一些專家歸咎為開發商過多追求續航能力而忽略了電池的安全隱患。受電池困擾的企業不止三星一家，最近微軟Surface Pro 3的電池也出現了問題，部分用戶反映，內部搭載LGC電池的Surface Pro 3在升級之後續航時間嚴重縮水。

　　鋰離子電池容量為什麼會衰減？

　　鋰離子電池是繼鎘鎳電池、氫鎳電池之後發展最快的二次電池。鋰離子電池的應用很大程度取決於其充放電循環的穩定性，和其它二次電池一樣，鋰離子電池在循環過程中容量衰減是不可避免的。

　　

　　鋰離子電池在兩個電極間發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。如果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。

　　對於理想的鋰離子電池系統，在其循環周期內容量平衡不發生改變，每次循環中的初始容量為一定值，然而實際上情況卻複雜得多。任何能夠產生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發生改變，這種改變就是不可逆的，並且可以通過多次循環進行累積，對電池性能產生嚴重影響。

　　在鋰離子電池中，除了鋰離子脫嵌時發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，導致鋰電池發生永久性容量損失。此外，極溫環境等外在因素也會造成鋰電池容量暫時下降。

　　

　　動力電池衰減嚴重影響續航能力

　　近兩年來，我國大力推廣新能源汽車產業發展，然而在新興產業發展的初級階段，總會暴露一些問題，動力電池衰減問題也正在成為阻礙新能源汽車發展的瓶頸。

　　低溫是電池殺手。在冬季嚴寒天氣下，純電動汽車的鋰電池由於活性降低、需要長時間為空調供電等原因，續航裡程出現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航裡程，這是因為汽油車是依靠發動機散熱來提供暖風，不會增加油耗，而電動汽車由於沒有發動機散熱一說，需要消耗更多的電量來制熱。這也是消費者抱怨電動汽車續航裡程普遍虛高的原因之一，即便是特斯拉的用戶也不能倖免。在特斯拉的全球第二大市場挪威，有不少關於Model S用戶抱怨氣溫降至0度以下時汽車續航裡程驟降以及充電困難的案例。特斯拉公司也承認，當氣溫低於0度時，Model S會遭遇充電難問題。

　　單體電池差異和BMS系統水平低導致電池衰減。動力電池組是由大量單體電芯組合而成，根據電池廠家製造水平的不同，電池組中單體電池之間的差異性的大小也不盡相同。鋰電池經過多次反覆充、放電循環之後，各串電池電量之間的差異會越來越大。

　　由於BMS電池管理系統的過充和過放保護，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；鋰電池包的「虛電」（無法使用的電量）逐步增多，鋰電池包實際有效電量大大下降，電動汽車續航裡程持續下降。如果不能及時進行均衡，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，並且基於成本上的考慮，當前很多電動汽車鋰電池包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差異後無法及時修復。

　　車主使用過程中操作不當引起續航裡程衰減。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餘量直到愛車趴窩，這些都會影響動力電池的續航裡程和使用壽命。此外，由於鋰電池長久不用會出現自放電現象，這也會對動力電池造成損害。因此，當電動汽車一段時間內不使用時，需要每隔一段時間啟動一次汽車，給電池充下電。

　　動力電池質保條款正逐步完善

　　目前，國內絕大多數在售的新能源車產品，在電池質保條件上，卻有很多模糊地帶和問題。這些問題，隨著國產新能源車產品保有量和保有時間的增加，也逐漸浮出水面。雖然國產新能源汽車對整車和關鍵零部件都提出了質保的時間和裡程條款，但是沒有說明電池質保的條件，導致消費者購買新能源汽車後，發現電池衰減問題，與經銷商發生了很多糾紛。

　　近期，北京新能源汽車產業協會發布了《北京市示範應用新能源小客車售後服務規範（徵求意見稿）》。《規範》中提出新能源小客車動力電池及管理系統、驅動電機及其控制器、整車控制器等關鍵零部件保修期不低於8年或12萬公裡，以先到者為準；新能源小客車自銷售者開具購車發票之日起60日內或者行駛裡程在3000公裡之內（以先到者為準），動力電池、驅動電機的主要零件出現產品質量問題的，消費者可以選擇免費更換動力電池、驅動電機。

打開APP閱讀更多精彩內容

聲明：本文內容及配圖由入駐作者撰寫或者入駐合作網站授權轉載。文章觀點僅代表作者本人，不代表電子發燒友網立場。文章及其配圖僅供工程師學習之用，如有內容圖片侵權或者其他問題，請聯繫本站作侵刪。 侵權投訴

相關焦點

  • 鋰離子電池的容量為什麼會衰減變化?
    鋰離子電池的容量為什麼會衰減變化？總的來說，電解液和電池的正負極之間副反應的發生，以及產生的副產物，都是造成電池容量衰減的主要因素。 四、自放電鋰離子電池在一般情況下，會發生容量損耗現象，這一過程被稱為自放電，分為可逆容量損失和不可逆容量損失。
  • 鋰離子電池負極衰減的主要機理
    本文總結了電池使用過程中負極衰減的主要原理，並提出了幾種減少容量衰減的方法。 電池容量衰減的機理已被廣泛研究和報導過。電池容量衰減的影響因素主要有：主要因素是電極表面副反應引起的可循環鋰量的減少；次要因素是活性物質的減少(如金屬的溶出、結構的破壞、材料的相變等)；電池阻抗的增加。而負極與上述衰減機理中的許多影響因素均有關係。
  • 鋰離子電池負極衰減的主要機理和應對方法
    電池容量衰減的機理已被廣泛研究和報導過。電池容量衰減的影響因素主要有：主要因素是電極表面副反應引起的可循環鋰量的減少；次要因素是活性物質的減少(如金屬的溶出、結構的破壞、材料的相變等)；電池阻抗的增加。而負極與上述衰減機理中的許多影響因素均有關係。
  • dV/dQ結合交流阻抗法分析鋰離子電池衰減機理
    研究背景：對於動力型鋰離子電池，在循環和存儲過程中，電池內阻增加和容量衰減是兩個主要的性能評價指標。理解鋰離子電池的衰減機理，並且分解衰減來源對於優化設計，延長鋰離子電池壽命有重要的意義。通常鋰離子電池衰減可以分為兩個部分：1. 熱力學相關，其中包括活性鋰的損失（LLI）和活性材質的損失（LAM）；2. 動力學相關。
  • 鋰離子電池容量的影響因素有哪些?
    鋰電池的容量就越大。從鋰離子電池誕生到現在，其比容量已經翻了數倍，電池性能的提高，有些是通過改進電池的製造工藝實現的，但更多的則是通過改進材料的製備工藝和提高材料性能實現的。但是，目前主流鋰離子電池中使用的電極材料與十幾年前相比並沒有根本突破。
  • 三元材料鋰電池容量逐漸衰減 由什麼原因導致?
    三元材料鋰電池容量的衰減可以從以下幾方面進行分析：　　一、正極材料的結構變化　　正極材料是鋰離子的主要來源，當鋰離子從正極中脫出時候，為了維持材料電中性狀態，金屬元素必然會被氧化到達一個高的氧化態，這裡就伴隨了組分的轉變。組分的轉變容易導致相轉移和體相結構的變化。
  • 環己六酮刷新鋰離子電池有機正極容量世界紀錄—新聞—科學網
    隨著人類社會發展的信息化、移動化、智能化，新型高容量、長壽命、低成本、高安全的電池亟待開發。 近日，中國科學院院士、南開大學化學學院教授陳軍團隊設計合成了一種具有超高容量的鋰離子電池有機正極材料——環己六酮，刷新了鋰離子電池有機正極材料容量的世界紀錄。相關研究成果發表於《德國應用化學》。
  • 鋰離子電池低溫性能介紹,制約鋰離子電池低溫性能的因素
    鋰離子電池低溫性能介紹，制約鋰離子電池低溫性能的因素。鋰離子電池自商業化以來，以壽命長、比容量大、無記憶效應等優點，獲得了廣泛應用，以往對鋰離子電池的循環壽命和安全性關注較多，隨著應用領域不斷拓展，鋰離子電池的低溫性能低劣帶來的制約愈加明顯。
  • 溫度變化會影響鋰離子電池的性能嗎?
    溫度的變化會直接影響到電動汽車鋰離子電池的充放電功能，但是很多電動汽車用戶在使用電動汽車鋰離子電池的過程中並沒有注意到這一點。從當前鋰離子電池製造商測試結果,環境溫度過高或過低對鋰離子電池的特性有顯著的影響,表現在電壓下降,產量不足,最好的溫度控制在10-50度之間是合適的,應該有絕緣措施。
  • 鋰亞電池與鋰離子超級電容電池
    鋰離子超級電容電池 LSC鋰離子超級電容電池是將鋰離子電池和超級電容的正負極材料通過獨特的方法融合在一起研製出的一種新型鋰離子電化學儲能器件。可靠性好：我司鋰離子超級電容電池採用全密封結構，有效杜絕洩露的發生鋰亞電池與鋰離子超級電容電池組合ER+LSC將兩種產品並聯使用，鋰亞電池與鋰離子超級電容電池之間出現壓差時，鋰亞電池就會以微小的電流對鋰離子超級電容電池進行充電
  • 厚電極鋰離子電池的容量衰退機理研究
    文/逐日 `通過提高活性材料的負載量來製備厚電極，是其中一種提升鋰離子電池體積/比能量密度的實用方式。然而，厚電極的使用會出現電化學性能的嚴重惡化，如容量保持率低，功率性能差。
  • Nature:石墨烯管作為鋰離子電池的錫陽極,具有高體積/重量容量
    受微電子器件的尺寸以及電動汽車的空間的限制，對具有高體積能量密度的鋰離子電池有巨大的需求。然而，當前的鋰離子電池採用具有低抽頭密度和重量分析能力的石墨基陽極，從而導致較差的體積性能指標。在這裡，通過在機械堅固的石墨烯管中封裝金屬錫的納米顆粒，顯示出具有高體積和重量容量，高倍率性能和長循環壽命的錫陽極。
  • 電化學活性隔膜增加鋰離子電池容量
    【引言】商業化鋰離子電池的容量受限於正極材料的理論容量。目前，研究人員主要通過開發新型正極材料和改良電極工程技術來提高電池的充放電容量，很少有研究關注在通過改善電池中電極材料之外的部分來改善電池的容量。隔膜是鋰離子電池的重要組成部分，它直接影響著鋰離子電池的使用壽命、安全性、能量密度和功率密度。
  • 鋰離子電池的八大參數指標及正負極材料分析
    電池的開路電壓和工作電壓，與電池的容量存在一定的對應關係。　　5. 壽命　　鋰離子電池的壽命會隨著使用和存儲而逐步衰減，並且會有較為明顯的表現。當然這裡也是有條件的，一般是在理想的溫溼度下，以額定的充放電電流進行深度的充放電(100% DOD或者80%DOD)，計算電池容量衰減到額定容量的80%時，所經歷的循環次數。　　日曆壽命的定義則比較複雜，電池不可能一直在充放電，有存儲和擱置，也不可能一直處於理想環境條件，會經歷各種溫溼度條件，充放電的倍率也是時刻在變化的，所以實際的使用壽命就需要模擬和測試。
  • 手把手帶你認識鋰離子電池(二)
    額定容量是指滿充的鋰離子電池在實驗室條件下(比較理想的溫溼度環境)，以某一特定的放電倍率(C-rate)放電到截止電壓時，所能夠提供的總的電量。實際容量一般都不等於額定容量，它與溫度、溼度、充放電倍率等直接相關。一般情況下，實際容量比額定容量偏小一些，有時甚至比額定容量小很多，比如北方的冬季，如果在室外使用手機，電池容量會迅速下降。
  • 為什麼手機電量消耗非常快?給你講講「容量衰減」
    據國外媒體報導，很多人都擔心自己的智慧型手機電池會耗盡，儘管手機製造商不斷聲稱，自己研製的手機電池壽命會有所提高，但是人們往往覺得手機總是處於「垂死邊緣」。電池科學家和工程師稱，當前電池的主要問題是「容量衰減」。這是熱力學第二定律的結果。
  • 盧怡君教授團隊:具有超高容量和長循環壽命的柔性鋰離子水系電池
    近日，香港中文大學盧怡君教授團隊的工作報告了一種簡便且可擴展的滲透方法，製備出了水系鋰離子電池的3D柔性「LiTi2(PO4)3 (LTP)/LiMn2O (LMO)-石墨氈」電極。電極在200 mg cm-2的超高負載情況下循環500次後，容量保持率高達93%；在25 mg cm-2的負載情況下循環3000次後，容量保持率為72%，每周衰減率為0.009%。與其他文獻報導相比，該文獻報導的工作所製備的3D電極在面容量、活性物質負載量和倍率性能方面均具有較大優勢。3.
  • 中科大《Science》：充電更快、容量更大的鋰離子電池
    一、研究背景鋰系電池分為鋰電池和鋰離子電池。手機和筆記本電腦使用的都是鋰離子電池，通常人們俗稱其為鋰電池。電池一般採用含有鋰元素的材料作為電極，是現代高性能電池的代表。而真正的鋰電池由於危險性大，很少應用於日常電子產品。
  • 詳解三類鋰離子電池正極材料的工作原理
    目前鋰離子電池中正極材料的實際容量普遍偏低，成為研究的重點和難點。對於目前常見的鋰離子電池正極材料的結構及工作原理的認識，可以幫助我們深入理解鋰離子電池中的核心問題。鋰離子電池是通過鋰離子在正極和負極材料之間來回嵌入和脫嵌，實現化學能和電能相互轉化的裝置，又被形象的描述為搖椅電池，最早由A. Armand在 1980年提出來，其結構及充放電原理如圖2所示。
  • 鋰離子電池性能退化的應力模型研究
    鋰離子電池的電學特性是其內部電化學系統相互作用的外部表現，性能退化和壽命衰減反映到電池內部，存在著多種退化機理，如電池負極表面形成的SEI膜隨時間增長，造成電池內阻增加;析鋰降低鋰離子濃度與電池容量，減少循環壽命等。