定制热线: 400-678-3556

电池知识

影响锂离子电池循环性能的因素有哪些呢?

来源:宝鄂实业    2019-06-30 17:07    点击量:
  • 对所有锂离子电池来说,控制充电过程非常重要,通常先以恒定电流进行,待电池充电电压达设置值时,再以恒压方式进行充电。当锂离子电池在不适宜的截止电压恒压充电时,极易影响循环寿命,甚至使电解液分解而造成危险,因此不能使用镍镉、镍氢电池所通用的定电流充电法。由于锂离子电池充电通常要使用恒压充电法,因此充电的截止电压必须进行精确控制。

      锂离子电池的检测过程主要包括五个阶段:恒流充电阶段、恒压充电阶段、充放电间隔阶段、放电阶段及周期间隔阶段等。在恒流充电阶段,有充电峰值电压限定恒流充电终点。

      当电池电压达到上限4.1V或4.2V时,恒流充电阶段即告结束,电池进行下一阶段即恒压充电阶段。恒压充电是指在保持电池两端电压不变的情况下对电池充电,在这一阶段,充电电流以逐渐减小直至为零的方式将电池充满。在充放电间隔阶段,电池处于自放电状态。放电阶段是电池检测和分选的关键阶段,电池的容量就是在这一阶段计算出来的,即通过放电电流与放电时间的乘积得到。电池上架化成之前及下架后都需要测量电池阻抗值,待测试后,此数据合并电池容量值以供电池分选之用。一般情况下,电池阻抗越低,电池性能越好,整体表现越佳。

      电池的化成和分选非常重要,特别是锂离子电池在应用过程中,经常是多节电池的并联、串联或两者结合。化成好的电池按一定规律进行分选,如根据放电容量或根据放电曲线进行分类,将电池性能相近的分成一类组装成电池组,可保证电池能良好地运行。

      1.电池的力学性能:

      力学性能包括耐碰撞、耐冲击和耐震性能等。

      2.锂电池生产厂家对锂电池的储存性能和自放电:

      开路状态下电池在一定条件下 (温度、湿度等)储存时容量下降的现象叫电池的自放电。自放电速率是单位时间内容量降低的百分数。

      3.电池的安全性能:

      电动车锂电池为了确保电池在使用过程中安全可靠,对电池的安全性能要求较为严格,尤其是动力电源,在实际应用之前,电池必须通过全面的安全测试,具体测试内容包括:过充和过放能力的测试、短路测试、耐高温测试、钻孔实验、抗腐蚀性能测试等。具体测试方法和检验标准见电池安全性能测试章节。

     

      4.电池寿命:

      对一次电池而言,电池寿命主要是指搁置使用寿命,即在没有负荷的条件下电池放置后达到所规定的性能指标所需的时间。自放电是影响电池寿命的重要因素,此外,电池寿命也与使用条件有关,如温度、工作电流。对二次电池来说,除了搁置使用寿命外,更重要的是充放电循环寿命。电池库仑效率的高低在很大程度上决定 了二次电池的循环寿命。使循环寿命下降的因素很多,在电极方面,反复的充放电使电极活性表面积减小,电流密度提高,极化增大;活性材料的结构发生变化;活 性颗粒的电接触变差,甚至脱落;电极材料 (包括集流体)的腐蚀。在电解质溶液方面,电解液或导电盐分解使导电率下降,分解产物造成界面钝化,此外,隔膜堵塞或损坏,电池内部短路等也会缩短电池的 寿命。

    锂离子电池至今能发展的那么迅速,前景广阔。很大部分得益于它的循环性能。一个锂离子电池拥有好的循环寿命也就代表着有很少的资源消耗,成本也有所下降。因此,对于影响锂离子电池循环性能的一些因素,是每个从事锂电池行业的人员必须得研究的问题。那对于影响循环性能的因素有哪些呢?

     

      一、材料问题

      材料的选择是影响锂离子电池性能的第一大要素。如果材料的循环性能差,那么就算工艺在好、在完善,电芯的循环效果也是没法保障的。从材料的角度来看,一个全电池的循环性能是由正极与电解液匹配后的循环性能、负极与电解液匹配后的循环性能这两者中,较差的一者来决定的。在电芯设计时,若一极确认选用循环性能较差的材料,则另一极无需选择循环性能较好的材料。

      二、负极过量

      负极过量的原因除了需要考虑首次不可逆容量的影响和涂布膜密度偏差之外,对循环性能的影响也是一个考量。对于钴酸锂加石墨体系而言,负极石墨成为循环过程中的“短板”一方较为常见。若负极过量不充足,电芯可能在循环前并不析锂,但是循环几百次后正极结构变化甚微但是负极结构被破坏严重而无法完全接收正极提供的锂离子从而析锂,造成容量过早下降。

      三、涂布膜密度

      单一变量的考虑膜密度对循环的影响几乎是一个不可能的任务。膜密度不一致要么带来容量的差异、要么是电芯卷绕或叠片层数的差异。对同型号同容量同材料的电芯而言,降低膜密度相当于增加一层或多层卷绕或叠片层数,对应增加的隔膜可以吸收更多的电解液以保证循环。考虑到更薄的膜密度可以增加电芯的倍率性能、极片及裸电芯的烘烤除水也会容易些,当然太薄的膜密度涂布时的误差可能更难控制,活性物质中的大颗粒也可能会对涂布、滚压造成负面影响,更多的层数意味着更多的箔材和隔膜,进而意味着更高的成本和更低的能量密度。所以,评估时也需要均衡考量。

      四、测试的客观条件

      测试过程中的充放电倍率、截止电压、充电截止电流、测试中的过充过放、测试房温度、测试过程中的突然中断、测试点与电芯的接触内阻等外界因素,都会或多或少影响循环性能测试结果。另外,不同的材料对上述客观因素的敏感程度各不相同,统一测试标准并且了解共性及重要材料的特性应该就足够日常工作使用了。

      五、正负极压实

      正负极压实过高,虽然可以提高电芯的能量密度,但是也会一定程度上降低材料的循环性能。从理论来分析,压实越大,相当于对材料的结构破坏越大,而材料的结构是保证锂离子电池可以循环使用的基础;此外,正负极压实较高的电芯难以保证较高的保液量,而保液量是电芯完成正常循环或更多次的循环的基础。

      总结:如同木桶原则一样,诸多的影响电芯循环性能的因素当中,最终的决定性因素,是诸多因素中的最短板。同时,这些影响因素之间,也都有着交互影响。在同样的材料和制成能力下,越高的循环,往往意味着越低的能量密度。

    近年来,锂电池的应用领域主要包括消费电子、动力电池、储能电池三大领域。消费电子是主流市场,而储能市场的技术不太成熟。就目前来看锂电未来的主场在动力电池。因其环保的特性,电动自行车做为动力电池的首选,得到政府的很大支持,且现在各地都颁布禁令,开始禁行“超标车”。这对锂动力电池的发展又添了一笔。锂电池在中小系统动力市场(电动自行车)将打败铅酸电池,锂电池替换铅酸电池的速度取决于锂电池成本的下降速度,最近10年有望将完成这过程。这些市场敏感的不是技术,而是成本。

      而在电动自行车之后,电动汽车与储能又会带动锂电需求的新一轮井喷。出于摆脱石油依赖、加强环保等方面的原因,中国对电动车的支持力度会不断加大,和动力应用相比,消费类锂电只可算小打小闹。动力电池的崛起才真正打开了人们对锂电无限的想象空间,目前锂电池已成为电动汽车应用的理想产品。

      电动汽车发展关键还要靠技术改进的推动,降低成本,提高电动汽车的安全性及经济性,目前特斯拉电动汽车的性能突破,已取得良好的效果,给行业带来了曙光。