随着充放电次数的增加,锂离子电池的容量逐渐降低,也就是我们所说的衰退。直观的感觉就是动力越来越少。比如我们的手机刚买的时候,充满电可以用一整天,而我们充满电只能用半天。这就是锂离子电池在使用中容量下降,消费电子产品相对容易。在电池容量下降太多之前,我们可能已经换了一部新手机。但是电动车的问题解决起来就没那么容易了,电动车是耐用产品,使用寿命长。一般来说,汽车的使用寿命可以达到10年左右,期间可能会充电1000到2000次左右(假设隔天充电)。为了满足消费者对电动汽车的需求,有必要对电动汽车锂离子电池的使用寿命提出一定的要求。
影响锂离子电池寿命的因素有很多,比如工作温度、充放电电流、充放电截止电压等等。锂离子电池容量下降的机理也可分为三类:内阻和极化增加、正负活性物质损失、Li损失。不同的外部因素对这三个因素有不同的影响。例如,LiFePO4材料制成的电池一般具有非常好的循环性能,但美国德克萨斯大学阿灵顿分校的黄建东研究发现,使用条件对其循环寿命有重要影响。
15C脉冲放电的磷酸铁锂电池容量下降很快,40次后不能放电15C,但仍能放电1C,1C放电下降率6%/20次。而15C连续放电的电池容量较慢,60次后仍能放电15C,但1C倍率的衰减速度比15C脉冲放电快,达到14%/20次。机理研究表明,15C脉冲放电的电池在负极的SEI膜中含有较多的LiF,LiF更多地阻碍了锂离子的扩散,使得电池的Li+扩散阻抗和电荷交换阻抗迅速增加,使得电池在充放电过程中极化电压过高,从而导致LiFePO4大电流放电容量迅速下降。
锂离子电池的放电制度很大程度上取决于用户,好的放电制度不一定适用于部分用户。而充电系统主要由设计者控制,因此研究充电系统对电池寿命下降的影响可以更好地指导我们对锂离子电池的设计。北京交通大学的杨高研究了不同充电系统对锂离子电池寿命衰减的影响,提出了锂离子电池寿命衰减模型。阳高的研究表明,当充电电流和截止电压超过一定值时,锂离子电池的衰退会大大加快。为了降低锂离子电池的衰减率,需要针对不同的系统选择合适的充放电电流和截止电压。