淺談鋰離子電池衰降機理,充電方式是罪魁禍首?
發布時間:2017-01-23 來源:新能源Leader 責任編輯:susan
【導讀】究竟是什麼原因導致了鋰離子電池壽命的降低呢?在回答這個問題之前,我們首先要熟悉一個概念,何為鋰離子電池的壽命?
shoujixianzaiyijingchengweidajiaderichangshenghuobixupin,xiangbidajiadouyoutiyan,suizheshoujishiyongshijiandezengjia,shoujidedaijishijianyehuibiandeyuelaiyueduan,benlaiyitianyichongjiukeyimanzushiyongxuqiu,xianzaixuyaomeitianliangchongcaixing,zhidaozuihou,yitianliangchongyejiejuebulewenti,zhejiushiwomenchangshuodeshoujidianchibuxingle,womenyibanchengzhiweililizidianchi“壽命衰降”。
一般來說,我們將鋰離子電池在循環過程中容量下降到初始容量的80%時(shi)所(suo)經(jing)過(guo)的(de)循(xun)環(huan)次(ci)數(shu),定(ding)義(yi)為(wei)鋰(li)離(li)子(zi)電(dian)池(chi)的(de)壽(shou)命(ming)。手(shou)機(ji)是(shi)需(xu)要(yao)經(jing)常(chang)更(geng)換(huan)的(de)電(dian)子(zi)產(chan)品(pin),因(yin)此(ci)一(yi)般(ban)電(dian)池(chi)廠(chang)家(jia)會(hui)將(jiang)手(shou)機(ji)鋰(li)離(li)子(zi)電(dian)池(chi)的(de)壽(shou)命(ming)設(she)計(ji)在(zai)500次左右,也就是說如果我們每天為手機充一次電,大概經過一年半左右的時間,我們的手機電池的容量就會下降到初始容量的80%左右,這也就是我們感受到手機的電量越來越不足的原因所在。當然這並不是說讓大家盡量不充電、少充電,而是需要科學的、合理的充電,在文章的最後,小編會為大家介紹一些如何為手機充電的小竅門,希望對大家能夠有所幫助。

【幹貨】淺談鋰離子電池衰降機理
下麵我們就來了解以下,為什麼鋰離子電池在使用的過程中,會發生衰降呢?首先我們必須清楚,在鋰離子電池的內部,除了正常的鋰離子嵌入和脫嵌正負極的反應,還會存在很多副反應,例如SEI膜(mo)的(de)生(sheng)成(cheng)和(he)生(sheng)長(chang),電(dian)解(jie)液(ye)分(fen)解(jie),粘(zhan)結(jie)劑(ji)分(fen)解(jie),正(zheng)負(fu)極(ji)活(huo)性(xing)物(wu)質(zhi)破(po)裂(lie)等(deng)等(deng)因(yin)素(su),都(dou)會(hui)造(zao)成(cheng)鋰(li)離(li)子(zi)電(dian)池(chi)的(de)容(rong)量(liang)下(xia)降(jiang)。雖(sui)然(ran)造(zao)成(cheng)鋰(li)離(li)子(zi)電(dian)池(chi)衰(shuai)降(jiang)的(de)因(yin)素(su)很(hen)多(duo),但(dan)是(shi)歸(gui)結(jie)起(qi)來(lai)可(ke)以(yi)分(fen)為(wei)三(san)個(ge)大(da)類(lei):1)鋰損失,由於鋰離子電池是一個封閉係統,內部的物質是恒定的,SEI膜的生成、破壞,負極析鋰等都會消耗僅有的Li資源;2)正極活性物質損失,在鋰離子電池使用的過程中往往會發生正極材料顆粒破碎,粘結劑分解和正極材料晶體結構改變等因素,這些都會導致一部分正極活性物質失去嵌鋰等能力;3)fujihuoxingwuzhisunshi,lirufujihuoxingwuzhituoluo,zhanjiejifenjiedengyinsu,douhuidaozhibufenfujihuoxingwuzhikelishiquyudaodianwangluodedaodianlianjie,congershiqiwufaqianli,zaochenglilizidianchirongliangsunshi。

近日,英國牛津大學的Christoph R. Birkl提(ti)出(chu)了(le)利(li)用(yong)電(dian)池(chi)的(de)開(kai)路(lu)電(dian)壓(ya)對(dui)鋰(li)離(li)子(zi)電(dian)池(chi)進(jin)行(xing)檢(jian)測(ce)的(de)方(fang)法(fa)。鋰(li)離(li)子(zi)電(dian)池(chi)的(de)開(kai)路(lu)電(dian)壓(ya)是(shi)正(zheng)極(ji)和(he)負(fu)極(ji)之(zhi)間(jian)的(de)電(dian)勢(shi)差(cha),反(fan)應(ying)了(le)鋰(li)離(li)子(zi)電(dian)池(chi)的(de)熱(re)力(li)學(xue)特(te)性(xing),因(yin)此(ci)能(neng)夠(gou)為(wei)我(wo)們(men)提(ti)供(gong)豐(feng)富(fu)的(de)關(guan)於(yu)正(zheng)負(fu)極(ji)的(de)信(xin)息(xi)。Christoph R. Birkl利li用yong扣kou式shi電dian池chi對dui造zao成cheng鋰li離li子zi電dian池chi衰shuai降jiang的de三san種zhong模mo式shi對dui電dian池chi開kai路lu電dian壓ya的de影ying響xiang進jin行xing了le試shi驗yan驗yan證zheng,發fa現xian通tong過guo對dui電dian池chi的de開kai路lu電dian壓ya曲qu線xian的de檢jian測ce,就jiu可ke以yi辨bian別bie出chu造zao成cheng電dian池chi衰shuai降jiang的de模mo式shi。可ke以yi說shuoChristoph R. Birkl的工作,為鋰離子電池係統的管理作出了突破性的貢獻。

Christoph R. Birkl利用從某商業方形電池拆下的電極製作成了扣式電池,並模擬了三種鋰離子電池衰降模式:1)鋰損失;2)負極活性物質損失;3)正極活性物質損失。為了保證試驗的準確性,所有實驗電池都需要首先在恒溫箱裏穩定3h,以(yi)達(da)到(dao)熱(re)平(ping)衡(heng)。在(zai)試(shi)驗(yan)中(zhong)測(ce)得(de)了(le)兩(liang)種(zhong)電(dian)壓(ya),一(yi)種(zhong)是(shi)在(zai)充(chong)放(fang)電(dian)過(guo)程(cheng)中(zhong)測(ce)得(de)的(de)電(dian)壓(ya),這(zhe)也(ye)倍(bei)稱(cheng)作(zuo)假(jia)電(dian)壓(ya),假(jia)電(dian)壓(ya)可(ke)以(yi)用(yong)來(lai)輔(fu)助(zhu)判(pan)斷(duan)鋰(li)離(li)子(zi)電(dian)池(chi)的(de)衰(shuai)降(jiang)模(mo)式(shi)。而(er)真(zhen)正(zheng)能(neng)夠(gou)對(dui)判(pan)斷(duan)鋰(li)離(li)子(zi)電(dian)池(chi)衰(shuai)降(jiang)模(mo)式(shi)的(de)是(shi)鋰(li)離(li)子(zi)電(dian)池(chi)的(de)開(kai)路(lu)電(dian)壓(ya)。

首先Christoph R. Birkl根gen據ju扣kou式shi電dian池chi極ji片pian的de麵mian積ji計ji算suan得de到dao了le扣kou式shi電dian池chi的de理li論lun容rong量liang,然ran後hou通tong過guo對dui正zheng極ji極ji片pian進jin行xing充chong電dian脫tuo鋰li模mo擬ni了le不bu同tong程cheng度du的de鋰li鋰li離li子zi損sun失shi,通tong過guo對dui負fu極ji極ji片pian進jin行xing裁cai切qie模mo擬ni了le負fu極ji活huo性xing物wu質zhi損sun失shi,對dui正zheng極ji極ji片pian裁cai切qie模mo擬ni了le正zheng極ji活huo性xing物wu質zhi損sun失shi。為wei了le對dui試shi驗yan結jie果guo進jin行xing分fen析xi,Christoph R. Birkl利用柱狀圖建立了一個物理模型,如上圖所示,其中左側為負極的SoC狀態,右側為正極的SoCzhuangtai,shangtumoxingweizhengchangdianchidemoxing,congtushangkeyikandaozaizhengchangdianchishejizhong,yibanhuifujiderongliangshejideshaoweigaoyixie,zheyibanchengzuozhengfujirongyu,shidangderongyukeyibaozhenglilizidianchixunhuanxingneng,yenengzaililizidianchifashengguochongdeqingkuangxianenggourongnazugoudeli,quebaolibuxichu,baozhengdianchideanquanxing。
在該篇中,我們主要介紹了造成鋰離子電池衰降的可能原因,以及Christoph R. Birkl根據這些可能的因素,製作的扣式模擬電池,模擬了:1)鋰損失;2)正極活性物質損失;3)負極活性物質損失,簡介了Christoph R. Birkl建立的鋰離子電池的物理模型。
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