鋰離子電池組的充放電循環是一個復雜的物理和化學反應過程,其循環壽命影響因素多種多樣。下面分析影響鋰離子電池組循環壽命的因素。
1. 設計和制造過程
在電池設計過程中,材料的選擇是最重要的因素。不同的材料具有不同的性能特征,所開發的電池的性能也存在差距。正負極材料的循環性能好,電池的循環壽命會很長。一般來說,在設計和組裝過程中,一般要求負極的容量相對于正極的容量過大。如果不是過量,負極在充電過程中會析出鋰,形成鋰枝晶,影響安全性。負極相對于正極過多,正極中的鋰離子將永遠分離,導致結構坍塌。
電解液的類型和數量也會影響電池壽命。鋰離子電池組的制造工藝主要包括正負極成分、涂層、片材、纏繞、脫殼、注液、密封、成型等。在電池加工過程中,對工藝的每一步都有非常嚴格的要求。任何控制不好的過程都可能影響電池循環性能。
2.鋰離子電池材料老化和腐爛
鋰離子電池組的充放電循環是鋰離子脫嵌并通過電解液在正負極材料之間來回移動的過程。在鋰離子電池組的循環過程中,除了正極和負極處的氧化還原反應外,還存在大量的副反應。如果能將鋰離子電池的副反應降低到低水平,使鋰離子始終可以通過電解液在正負極材料之間平穩地來回走動,就可以增加鋰離子電池的循環壽命。
正負集電器的性質也會影響電池的容量和循環壽命。鋰離子電池組正負極常用的集電器材料是鋁和銅,兩者都是腐蝕性金屬材料。集流體被腐蝕后形成鈍化膜,附著力差,局部腐蝕(點蝕)和一般腐蝕會增加電池的內阻,導致容量損失和放電效率下降。通過酸堿蝕刻和導電涂層等預處理方法可以增強附著力和耐腐蝕性。
3.循環過程中的充放電系統
鋰離子電池組的使用過程是充放電循環的過程。充放電電流的大小,充放電截止電壓的選擇,使用哪種充放電方法等。充放電系統對鋰離子電池的循環壽命也有非常重要的影響。。盲目增加電池的工作電流,增加新的充電截止電壓,降低放電截止電壓等。會降低鋰離子電池組的性能。
不同的電化學系統具有不同的充放電截止電壓。在鋰離子電池的充電過程中,當超過充電截止電壓時,認為發生了過充電。當鋰離子電池過度充電時,從正極中提取的多余鋰離子會沉積或嵌入負極,沉積的活性鋰很容易與溶劑反應,釋放熱量以提高電池溫度。當鋰離子電池的放電電壓低于放電截止電壓時,形成過放電。
在過放電的過程中,鋰離子會從負極過度提取,下次充電時重新插入會更加困難。鋰離子電池的放電容量和充放電效率在過放電后的循環過程中大大降低。此外,鋰離子電池極有可能在大電流條件下熔斷,設備部件也可能損壞
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