鋰離子電池組的充放電循環(huán)是一個復雜的物理和化學反應過程,其循環(huán)壽命影響因素多種多樣。下面分析影響鋰離子電池組循環(huán)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(fā)的電池的性能也存在差距。正負極材料的循環(huán)性能好,電池的循環(huán)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(huán)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(huán)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(huán)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(wěn)地來回走動,就可以增加鋰離子電池的循環(huán)壽命。
正負集電器的性質也會影響電池的容量和循環(huán)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(huán)過程中的充放電系統(tǒng)
鋰離子電池組的使用過程是充放電循環(huán)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(tǒng)對鋰離子電池的循環(huán)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(tǒng)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(fā)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(huán)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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