工业车辆锂电池实际应用中衰减的原因是什么？
来源：宝鄂实业
2019-06-11 20:20
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技术以及工艺要求高
1.容量衰减：相当于城市的生产总值下降了，可能是就业岗位减少，居住成本太高或居住环境劣化，以及就业人口流失。对应的也就是正负极活性材料减少和可移动的Li+减少。
2.内阻增加：相当于城市的工作效率低下，可能是政府行政阻力大，或是交通系统瘫痪导致员工上下班成本高，以及城市规划不合理居住地和工作地越来越远。也就是电池欧姆阻抗增大，导电性能下降，Li+运动路径劣化。
3.自放电大：相当于城市失业人口比例上升，占用了城市的资源却没有创造效益。也就是Li+异常损耗，电池内部微短路。
安全性衰减：要求好的质量
1.内短路风险增大：隔膜受损破裂或受热收缩。
2.机械形变和漏液：电池内部产气压力导致电池变形破损。
通过上面的描述我们大致可以想象出导致电池衰减的原因，那么又是哪些具体的应用场景导致了上述的情况发生呢？本篇主要来梳理一下电池的具体衰减场景和影响因素。
1.正负极材料脱落和老化
电池在不断的充放电过程中正负极会不断进行收缩和膨胀变化，不可避免的会产生正负极材料在集流体上的脱落，使得可嵌入Li+的晶格数量下降，从而影响了电池容量。下图是磷酸铁锂正极材料产生反应的拓扑变化，在充放电过程中正极材料发生LiFePo4和FePo4的转化，由于整体的结构稳定性比较好，不容易发生晶格塌陷的情况。但有些正极材料（如LCO）结构容易被破坏，导致正极材料的活性物质损失。
2. SEI膜分解与再生成质量要求
在电池原理的介绍中提到电解液在化成过程中会和负极发生界面反应，消耗一部分Li+形成SEI膜；这个SEI膜能起到保护电极的作用，理论上如果SEI膜足够稳定就能够防止电解液与负极材料继续发生反应。但在实际中SEI膜或多或少会不断的分解和再生成，在这个过程中就会造成正负极材料、电解液、以及Li+的持续损失（这也是导致电池自放电的部分原因）。并且SEI膜的不断增厚会造成负极表面扩散孔道的堵塞，不利于Li+的扩散，这也就导致了电池内阻的不断增大。
3.产生析锂（过流、低温）需要低温加热功能配置
当电池超过可承受的倍率电流运行的时候，大量的Li+来不及嵌入电极，导致在电极表面大量的Li+堆积，最终在电极表面形成了金属锂枝晶。这种情况尤其容易出现在低温充电过程中，一方面在低温环境下离子移动嵌入速度本身就会大幅下降，另一方面Li+从正极脱出的速度比在负极嵌入的速度更快，因此在低温环境控制充电电流尤为重要。除此之外电解液不均匀，水含量超标等原因等可能导致析锂问题。
4.隔膜损伤（避免高温）确保温度均衡
首先电池电极表面一旦存在金属锂枝晶，则就有可能刺穿隔膜，引发正负极的短路。除此之外隔膜在高温环境下会分解和收缩，这种情况下也会引起短路。而一旦正负极短路，那么电子就无需通过外部电路即可到达正极，那么电池的整个电化学反应就失控了，产生过流、过温的现象从而进一步损伤电池，并引起热失控等更严重的问题。图片显示实验室环境25度与45度使用下电池的寿命下降接近一倍。
5.电解液的损耗和分解（过压、欠压）
前面提到SEI膜的生成过程就会损失一部分的电解液，同时电池电解液的配方是根据该电池的电压工作区间确定，因此不合理的使用电池（过压欠压）也会造成电解液的分解。例如当电池过充时，即正极材料化合价升高（过多失去电子），此时正极材料还原性很强，就容易通过与电解液发生反应来得到电子，反应不仅消耗了电解液和正极材料，同时还会生成气体引发机械形变和漏液的隐患。
6.集流体氧化（质量要求）
集流体长期和电解液接触过程中会被氧化，正集流体表面形成的氧化铝，负集流体表面形成氧化铜；随着氧化程度的加剧，电子导通性能就收到影响，相当于电池的欧姆阻抗随着充放电循环会不断的增大
工业车辆锂电池实际应用中关注点
1.防止低温充电，锂电池实验室的温度通常在25度，低温充电造成寿命缩短。尤其是长江以地区在冬季中的使用，在购买阶段就要选购自带充电加热功能的锂电池。调整BMS参数让其在零度以下环境中强行充电都是以牺牲电池质量寿命为代价。
2.杜绝高温使用，高温环境影响使用寿命巨大，磷酸铁锂电池实际的使用温度上限在55度左右，过高的温度同样需要牺牲寿命。锂电池高温来自内部散热平衡及外部热源。对于工厂来自技术的支持主要采用方法。调整BMS参数让其在55以上环境中强行充电都是以牺牲电池质量寿命为代价。
内部工艺
1.电芯单体采用铝壳加强散热性能，选用一致性最好的电芯配组，弃用内阻大的垃圾电芯。
2.激光焊接模的组表面是整面的铝板多点焊接工艺，相对于落后的螺丝铜条的连接既防止了大电流连接不良的安全风险又确保了大面积铝板的散热效果。
3.箱体内部水循环散热设计部分汽车工艺要求（最好的技术）。
4.部分厂家采取加装风扇的附属装置，这种工艺的不足之处在于牺牲电池的基本防水要求。安全性能得不到保证，同时开放的空间加上外部空气流入流出很容易让电芯表面形成厚厚的灰尘反而无法起到散热的作用，如果外部热源高于内部更是热上加热。
手工软连接形成模组工艺 螺丝 铜片 温控传感器 （散热面积小 防震动差）
外部热源
1.避免阳光下直接爆晒，夏日直晒下表面温度会超过55度，导致保护性停机
2.避免锂电池附近的液压油及电机使用问题高温形成热源过高温度保护性停机。
3.隔绝热源锂电池采取多种设计与热源隔绝，车体之间避免直接热传导。
