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影響電池性能和壽命的外部因素重要有什么

鉅大鋰電  |  點(diǎn)擊量:0  |  2020年10月14日  

1)溫度


溫度幾乎可以說是鋰離子電池最重要環(huán)境影響因素。鋰離子電池是電化學(xué)電源,其用途過程完全依靠電化學(xué)反應(yīng)的能力,而溫度決定了絕大部分化學(xué)反應(yīng)過程的活躍程度。早已有科學(xué)家對(duì)此作出了定量描述。Arrhenius方程給出了溫度與化學(xué)反應(yīng)速率的方程式,認(rèn)為化學(xué)反應(yīng)速率與溫度之間成指數(shù)關(guān)系。


k為速率常數(shù),R為摩爾氣體常量,T為熱力學(xué)溫度,Ea為表觀活化能,A為指前因子(也稱頻率因子)。


高溫,電化學(xué)反應(yīng)活躍度新增,電池表現(xiàn)出更加良好的性能特點(diǎn),比如放電能力增強(qiáng),內(nèi)阻減小等。向內(nèi)看,高溫使得電池內(nèi)部副反應(yīng)加劇,電解液與正負(fù)極材料的反應(yīng)消耗電極材料和鋰離子。這種電極材料和電解液的損失是永久的,會(huì)造成容量的衰減和內(nèi)阻的上升。


低溫,與高溫相反,電池系統(tǒng)內(nèi)部電化學(xué)活性降低,副反應(yīng)水平降低,活性物質(zhì)導(dǎo)電能力同樣降低。假如在低溫下大電流放電,電極材料由于無法達(dá)到負(fù)載要求勉力而為,會(huì)造成陰極材料結(jié)構(gòu)破壞;低溫大電流充電,則可能出現(xiàn)陽極鍍鋰,枝晶生長(zhǎng)問題。


2)電壓


充電過壓,是鋰離子電池非正常衰減的一個(gè)重要原因。下圖是一種三元鋰電芯的充電截止電壓與循環(huán)壽命的關(guān)系曲線,可以看到僅僅0.15V的電壓之差,給電池壽命帶來的影響。


循環(huán)壽命和充電截止電壓的關(guān)系


前文電解質(zhì)部分提到,電解質(zhì)都有自身確定的電壓窗口,超越這個(gè)窗口的極限值,電壓導(dǎo)致的電解液分解比例會(huì)大大新增。而過電壓充電,關(guān)于電池陽極來說,就是想要把過多的鋰離子塞進(jìn)它那有限的小房間,小房間可能被擠爆,或者道路被卡死;而對(duì)陰極來說,過多的鋰離子都被驅(qū)使著離開陽極晶格結(jié)構(gòu),結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性受到影響,造成局部坍塌。過量的鋰離子在陽極,無法嵌入,則會(huì)沉積在電極表面,形成危險(xiǎn)的鍍鋰問題。


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