鉅大LARGE | 點(diǎn)擊量：1279次 | 2019年06月11日
電動(dòng)車(chē)開(kāi)久了電池壽命和續(xù)航能力會(huì)有哪些影響？
因?yàn)槌浞烹娺^(guò)程中在不停的進(jìn)行化學(xué)轉(zhuǎn)換，會(huì)產(chǎn)生一些其他的電解物質(zhì)，影響使用壽命，目前來(lái)說(shuō)沒(méi)有有效的辦法避免，但這個(gè)過(guò)程一般都比較漫長(zhǎng)，一般不用太擔(dān)心。
電動(dòng)汽車(chē)售價(jià)居高不下，主要的原因在于電池貴，而目前在售的電動(dòng)汽車(chē)使用的電池大致分為兩類(lèi)：三元鋰電池和磷酸鐵鋰電池。
磷酸鐵電池特點(diǎn)是壽命長(zhǎng)，可以循環(huán)使用2000次以上，充放電的倍率高，簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)就是可以用更大的電流進(jìn)行充電放電，另外就是安全性較好，一般彎曲、高溫甚至穿刺都不會(huì)有問(wèn)題，但缺點(diǎn)是能量密度較低，所以續(xù)航就相對(duì)較低，如果要滿足續(xù)航就必須用更多的電池，增加了車(chē)重也增加了成本。三元鋰電池能量密度高，所以續(xù)航表現(xiàn)會(huì)比較好，，壽命也比較長(zhǎng)，但是造價(jià)會(huì)相對(duì)高一些。
目前國(guó)家規(guī)定，質(zhì)保期內(nèi)的電動(dòng)汽車(chē)電池衰減不能超過(guò)20%，否則廠家要負(fù)責(zé)更換電池，日常用車(chē)我們也可用通過(guò)一些方式減少電池衰減，比如定期讓電池滿沖滿放一次電，平時(shí)盡量在電量低于20%時(shí)再充電，快充和慢充搭配使用，盡量使用慢充。
最近連續(xù)閱讀了一些資料，可以說(shuō)鋰電池壽命，是外部應(yīng)力作用、電芯微觀結(jié)構(gòu)變化再到電芯外特性表現(xiàn)的三部曲。而一個(gè)外部特性，可能對(duì)應(yīng)幾種微觀變化，比如內(nèi)阻的增加即受到SEI膜生長(zhǎng)的影響也受到系統(tǒng)內(nèi)鋰離子總量減少的影響；而一個(gè)微觀上的變化，同樣也可能帶來(lái)幾個(gè)不同方面的外特性的變化，比如電解質(zhì)分解，既可能帶來(lái)電阻的上升，也可能使得開(kāi)路電壓降低。外部應(yīng)力的作用與微觀結(jié)構(gòu)的變化，同樣存在類(lèi)似關(guān)系。充電截止電壓過(guò)高，可能造成陽(yáng)極鍍鋰，也可能帶來(lái)陰極活性材料晶格結(jié)構(gòu)的變化；而陽(yáng)極鍍鋰，可能是充電電壓過(guò)高的結(jié)果，也可能是充電溫度過(guò)低帶來(lái)的影響。在一篇文章中，把微觀和宏觀結(jié)合，把外部應(yīng)力和微觀結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)，把微觀變化與電池外特性對(duì)應(yīng)，使得影響電芯壽命的因素綜合的在一頁(yè)紙上呈現(xiàn)出來(lái)，相信可以對(duì)鋰電池壽命問(wèn)題形成比較全面的感受。當(dāng)然，本文中的一些敘述，只代表一些研究中的當(dāng)前觀點(diǎn)。鋰電池內(nèi)部復(fù)雜的電化學(xué)過(guò)程，很多解釋可能還算不上結(jié)論，是根據(jù)一些試驗(yàn)現(xiàn)象得出的推論，暫且把不會(huì)自相矛盾的觀點(diǎn)綜合到一起。
符合Exic IIB T4 Gc防爆標(biāo)準(zhǔn)
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
鋰電池壽命，可以分別用日歷壽命和循環(huán)壽命兩個(gè)概念來(lái)考慮。其中循環(huán)壽命是指電池在工況循環(huán)或者常規(guī)循環(huán)過(guò)程中達(dá)到壽命終止所需要的時(shí)間；日歷壽命是指電池在某參考溫度下、開(kāi)路狀態(tài)達(dá)到壽命終止所需的時(shí)間，即電池在備用狀態(tài)下的壽命。二者都屬于常規(guī)應(yīng)用。一般的，功率型電芯的壽命主要考察內(nèi)阻變化，能量型電芯主要考察容量衰減情況。
而鋰電池壽命的第三種情況，是不當(dāng)操作，事故和濫用帶來(lái)的電池壽命的短時(shí)間快速衰減。下面的內(nèi)容，都糅合在一起討論。
1從微觀物理層面描述的老化原因
1.1陽(yáng)極
在石墨陽(yáng)極側(cè)發(fā)生的與電池壽命相關(guān)的反應(yīng)，主要包括SEI膜的形成、發(fā)展、破損和修復(fù)過(guò)程，鋰單質(zhì)電鍍反應(yīng)等。
IP67防水，充放電分口 安全可靠
標(biāo)稱(chēng)電壓：28.8V
標(biāo)稱(chēng)容量：34.3Ah
電池尺寸：(92.75±0.5)* (211±0.3)* (281±0.3)mm
應(yīng)用領(lǐng)域：勘探測(cè)繪、無(wú)人設(shè)備
1）SEI膜的兩面，阻隔副反應(yīng)和消耗鋰離子
目前商業(yè)化的鋰電池，無(wú)論三元，磷酸鐵鋰，錳酸鋰等各種正極材料，配備的負(fù)極基本都是石墨材質(zhì)。石墨負(fù)極與電解質(zhì)不能穩(wěn)定相容，在接觸之初，會(huì)形成一層固態(tài)鈍化膜solidelectrolyteinterface，即SEI膜，這層薄膜將電解液與石墨隔離開(kāi)來(lái)，同時(shí)，薄膜上的空隙又允許鋰離子的進(jìn)出。同時(shí)，相對(duì)于電子導(dǎo)電，它又是絕緣體，不允許電子通過(guò)?？梢哉f(shuō)這樣的性質(zhì)非常理想了。因而SEI膜是鋰電池電化學(xué)性能穩(wěn)定的重要結(jié)構(gòu)。
SEI膜主要的形成于電池的首次充放電過(guò)程中，并在其后的幾個(gè)循環(huán)中仍然具有比壽命中其他周期里更快的生長(zhǎng)速度。SEI主要的由鋰離子與溶劑(EC/DMC)、痕量水、HF等在石墨表面形成，一層包含高分子與無(wú)機(jī)鹽的多孔層。SEI膜的生長(zhǎng)在首次充放電之后的幾個(gè)循環(huán)內(nèi)依然在生長(zhǎng)。SEI的生長(zhǎng)受到電解液的量/成分、充電電壓/電流、溫度等幾個(gè)因素的影響。因此，每個(gè)電池廠家都會(huì)精心設(shè)計(jì)化成的充放電參數(shù)，以期待形成均勻致密的SEI層。SEI膜位置如下圖所示。
在電池的日歷壽命和循環(huán)壽命過(guò)程中，SEI并非靜止不變的。在沒(méi)有任何不當(dāng)使用的情況下，SEI會(huì)逐漸生長(zhǎng)，慢慢增加厚度，并存在一定比例的破損。破損的位置，電解液與石墨再次直接接觸，重新構(gòu)建新的SEI層。
SEI膜在電池老化過(guò)程中扮演著重要的角色。一方面，高質(zhì)量的SEI膜是電池?fù)碛虚L(zhǎng)循環(huán)壽命的必備條件；另一方面，SEI的形成和修復(fù)的過(guò)程中，都需要鋰離子作為原料，不可避免的消耗了系統(tǒng)中鋰離子的數(shù)量；SEI的孔洞在使用過(guò)程中，由于應(yīng)力作用，部分的坍塌變形，使得離子通路變得不再順暢。這些微觀上的變化，使得電池對(duì)外表現(xiàn)出內(nèi)阻增加，容量下降，充電能力變差等壽命衰退的現(xiàn)象。
2）陽(yáng)極鍍鋰
鍍鋰，對(duì)于鋰電池來(lái)說(shuō)，并非工作過(guò)程中必然需要發(fā)生的現(xiàn)象，現(xiàn)在的研究還不是特別透徹，但主流的觀點(diǎn)認(rèn)為，形成陽(yáng)極鍍鋰的基本原因是大量鋰離子在陽(yáng)極堆積，無(wú)法順利嵌入石墨層狀結(jié)構(gòu)，使得離子在電極表面得電子后沉積下來(lái)，形成鋰單質(zhì)堆積，又被稱(chēng)為枝晶生長(zhǎng)。枝晶生長(zhǎng)被認(rèn)為是熱失控的重要助攻因素。一方面，枝晶生長(zhǎng)如果積聚的數(shù)量夠大，可能刺穿隔膜，造成正負(fù)極短路，直接引發(fā)熱失控。另一方面，鋰單質(zhì)是非?；顫姷慕饘?，在較低溫度下就可以發(fā)生劇烈的反應(yīng)。當(dāng)電池出現(xiàn)自生熱，積累過(guò)多熱量造成較大溫升時(shí)，鋰單質(zhì)可能發(fā)生劇烈反應(yīng)，被認(rèn)為是引發(fā)熱失控的一大原因。
而可能形成大量鋰離子陽(yáng)極表面積聚的操作，被認(rèn)為主要是充電過(guò)程中容易出現(xiàn)的問(wèn)題，具體的說(shuō)是下面三種情形：低溫充電、過(guò)壓充電和過(guò)大電流充電。
1.2陰極
鋰離子電池中的離子，除了最初的電解液中存在一小部分以外，其最主要的來(lái)源就是陰極材料。鋰離子存放在材料的晶格結(jié)構(gòu)中，在充放電過(guò)程中，脫出或者嵌入。正常應(yīng)用條件下，隨著時(shí)間的推移，陰極材料主要的老化形式有兩個(gè)。其一是晶格結(jié)構(gòu)的塌陷局部材料從總體中脫落帶來(lái)的活性物質(zhì)總量的減少；其二是電解質(zhì)與陰極材料的副反應(yīng)的消耗。于是可以脫出的鋰離子數(shù)量以及存放鋰離子的空位的數(shù)量相應(yīng)減少。如果遇到不當(dāng)操作濫用，陰極材料因?yàn)榉N種應(yīng)力作用而出現(xiàn)晶體的大規(guī)模破裂，則在短時(shí)間內(nèi)就形成大量的活性物質(zhì)損失。
上述微觀上的陰極損傷，在電池外部特性上直接的表現(xiàn)為容量的減少；由于晶格結(jié)構(gòu)的局部變化，離子進(jìn)出的通路被阻斷，至少是延長(zhǎng)了離子在固體結(jié)構(gòu)中擴(kuò)散的路徑，則電池內(nèi)阻就會(huì)上升。
1.3電解質(zhì)
電解質(zhì)與電極材料之間并不是完美相容的，電解質(zhì)與陽(yáng)極石墨需要有SEI鈍化膜的保護(hù)才能減少反應(yīng)幾率；與陰極材料之間，則時(shí)時(shí)有微量的副反應(yīng)存在著，隨著溫度升高，反應(yīng)有加劇的趨勢(shì)。這些副反應(yīng)都會(huì)消耗電解質(zhì)，使得導(dǎo)電離子減少，有副反應(yīng)氣體產(chǎn)生。
外加電壓過(guò)高，高于電解液能夠承受的電壓窗口，會(huì)加劇電解液的分解過(guò)程，分解產(chǎn)物同樣包含可燃?xì)怏w，損害電解液的導(dǎo)電能力。
電解質(zhì)，作為電池內(nèi)部鋰離子正負(fù)極之間運(yùn)動(dòng)的通路，電解質(zhì)的粘稠程度及電解質(zhì)中鋰離子的密度，會(huì)直接影響電荷傳遞的速率，對(duì)離子運(yùn)動(dòng)速率的不同阻礙程度。這種阻礙，對(duì)外就表現(xiàn)成鋰電池的電阻。
