圖1.鋰電池提升倍率對電池性能的影響

 

影響鋰電池容量的影響因素很多，使用溫度、充放電電流、充放電截止電壓等因素都會(huì )影響鋰離子電池的衰降速度。造成鋰電池容量衰降的機理可以分為三類(lèi)：內阻和極化增加、正負極活性物質(zhì)損失、Li損失。

 

不同的外部因素對這三者的影響也各不相同。例如LiFePO4材料的鋰電池具有非常好的循環(huán)性能，但是不同的使用條件對鋰電池循環(huán)壽命有著(zhù)重要的影響。試驗證明對26650鋰電池進(jìn)行15C脈沖放電和15C連續放電，兩種放電制度對于26650鋰電池具有完全不同的影響。15C脈沖放電的26650鋰電池容量衰降非?？?，充放電40次后就無(wú)法再進(jìn)行15C放電，但是仍然能夠進(jìn)行1C放電。而15C連續放電電池容量衰降較慢，60次以后仍然能夠進(jìn)行15C放電，但是1C倍率的衰降速率要快于15C脈沖放電。

 

機理分析得出結論：15C脈沖放電的電池在負極的SEI膜中出現更多的LiF，而LiF對鋰離子擴散的阻礙更大，使得電池的Li+擴散阻抗和電荷交換阻抗迅速增加，從而使得電池在充放電過(guò)程中極化電壓過(guò)大，從而導致LiFePO4大電流放電能力迅速下降。

 

鋰電池的充電策略對于鋰電池壽命衰降影響的研究，能夠更好的指導我們對鋰離子電池的設計。以下就不同充電控制策略對鋰離子電池壽命衰降的影響，研究了其作用機理，提出鋰離子電池的壽命衰降模型。研究試驗表明，當充電電流和截止電壓超過(guò)一定的數值時(shí)，鋰離子電池的衰降將被極大的加速，為了降低鋰離子電池的衰降速率，需要針對不同的體系，需要選擇合適的充放電電流和截止電壓。

 

圖2.倍率放電對電池性能的影響

 

從數據可以看到，隨著(zhù)充電的倍率的加大，鋰離子電池的衰降速率也在快速增加，并且從曲線(xiàn)的斜率來(lái)看，電池的衰降速度存在三個(gè)不同的階段，前期衰降速度較快的階段（階段1），中間衰降速度較慢的穩定階段（階段2），和后期的衰降速率加速階段（階段3）。針對三個(gè)階段電池的衰降機理的研究認為，階段1可能是因為電池SEI膜生長(cháng)需要消耗一部分Li+，因此衰降速度較快。在階段2隨著(zhù)SEI膜結構的穩定，內部較為穩定，因此衰降速度較慢，在階段3隨著(zhù)電池老化，開(kāi)始發(fā)生活性物質(zhì)損失，電極活性界面減少，導致電池對于電流十分敏感。圖C是針對不同的截止電壓對電池衰降速度影響的實(shí)驗，從實(shí)驗結果可以看到，當把充電截止電壓提高到4.3V時(shí)會(huì )導致電池的循環(huán)性能急劇惡化，降低充電截止電壓可以有效的改善電池的循環(huán)性能。

 

圖3.鋰電池提性倍率對內阻的影響

 

對電池的動(dòng)態(tài)內阻分析如下圖所示，從圖a測試結果來(lái)看，當充電電流小于1C時(shí)，電池動(dòng)態(tài)內阻隨著(zhù)電池循環(huán)的變化趨勢幾乎時(shí)一樣的，但是當充電電流超過(guò)1C時(shí)，電池動(dòng)態(tài)內阻增加速度會(huì )隨著(zhù)充電速率的增加而快速增加。從圖b的測試結果來(lái)看，當充電截止電壓為4.3V時(shí)，電池動(dòng)態(tài)內阻增加非常迅速表明高截止電壓會(huì )惡化電池的動(dòng)力學(xué)條件，截止電壓為4.1V和4.2V時(shí)電池動(dòng)態(tài)內阻增加較為緩慢。

 

從上述分析我們可以注意到，無(wú)論是充電電流還是充電截止電壓都存在一個(gè)值，當充電電流或者電壓超過(guò)這個(gè)值時(shí)就會(huì )導致電池衰降加速，對于上述電池這個(gè)值是1C和4.2V，當充電電流和截止電壓超過(guò)這個(gè)值后就會(huì )加速電池的衰降，當小于這個(gè)值時(shí)，提高充電電流和截止電壓并不會(huì )顯著(zhù)的增加電池的衰降速度。對于充電電流和截止電壓對電池衰降速度影響的機理研究顯示，當充電電流低于1C時(shí)主要影響的是正負極活性物質(zhì)損失，而截止電壓低于4.2V時(shí)影響的主要是Li損失，當充電電流和截止電壓高于這個(gè)值時(shí)，則會(huì )顯著(zhù)的加速正負極活性物質(zhì)損失和Li損失。