温度对锂离子电池寿命的影响有哪些

为了提高锂离子电池在汽车领域的应用可靠性，深刻理解其老化行为至关重要。在过去的几十年中，一直在努力解释锂离子电池的老化行为。 Wang[1 – 5] 基于石墨LiFePO4 建立了包括温度，放电深度（DOD）、放电速率在内的循环寿命模型。[1] Ecker等人 根据石墨-LiNi 1/3 Mn 1/3 Co 1/3 O 2 电池的温度和充电状态（SoC）开发了半经验日历老化模型。[3] 尽管如此，由于多种电极材料，电池结构和电解液成分的存在，人们对锂离子电池老化行为仍然一知半解。

 

锂离子电池的老化不仅取决于时间或循环次数，还取决于操作条件，即应力因素。深入分析包括温度，充放电率，DOD和平均SOC在内的决定性应力因素的影响是延长锂离子电池寿命并确保其性能可靠性的先决条件。

 

温度对锂离子电池的循环老化速率有很大的影响。较低的温度，由于强化的锂单质电镀而降低循环寿命；过高的温度，由于Arrhenius驱动的老化反应，而缩短电池寿命；因此锂电池只有在适当的温度下才能获得最佳循环寿命。[6] W aldmann7进行了一次综合实验覆盖温度范围从- 20℃至70℃，发现25℃是LixNi1/3Mn1/3Co1/3O2/LiyMn2O4混合阴极和石墨/碳阳极的18650型获得最长电池循环寿命的最佳工作温度。如其他研究工作所示，最佳循环温度可能不是25℃。电池的类型多种多样，最佳循环温度也不尽相同。Schuster等人[ 5]研究获得的最佳温度在35 ° C，而Bauer等[8] 检测到最佳温度是约17° C。温度高于最佳循环温度，加速固体电解质界面（SEI）的形成，带来快速的容量衰减和阻抗升高。在充电过程结束时较低的温度有利于负极表面镀锂的形成。许多研究者[9 – 13]已经使用原位或者非原位方法确认了锂电池负极镀锂现象的存在，但至今仍然没有人对阴极降解问题作出明确报道。

 

 

据报道放电率对锂离子电池的老化速率有指数级别的影响。[1 ，14 - 17 ]Cui等确定了方程式1.15Ah LiCoO 2 / MCMB（中间相碳微珠）锂离子电池的放电速率和容量损失之间的关系。[1 – 3]

 

 

在这里，Qloss是容量损失，T是以开尔文为单位的绝对温度，C是放电倍率，n是循环数，A（C）是预指数因子，Ea（C）是活化能。

 

Omar等人 [16]也报道了放电率对圆柱形2.3 Ah LiFePO 4 /石墨锂离子电池循环寿命的指数影响。Wang等人[ 1 ]提取了与上述Cui等人类似的电池寿命模型，放电倍率与容量损失的关系，如下面方程[4]所示。结果基于大量的26650圆柱形LiFePO 4 /石墨锂离子电池循环测试数据。

 

 

其中Qloss 是容量损失，B是预指数因子，C Rate 是放电率，R是气体常数，T是以开尔文为单位的绝对温度，并且Ah是以Ah计量的电量。公式[1]和[4]是经验模型，因此等号两边的单位不完全相同。

 

许多研究人员认为，大电流放电会导致SEI层出现裂纹，其次是SEI修复。[1，14，16，18，19 ]因此，在阳极表面上的副反应被加速，SEI膜厚度进一步增长。所有这些过程都会增加可循环锂的消耗和电池的阻抗。实际上，较高的电池温度总是伴随着较高的放电速率，这模糊了在高放电电流下加速电池老化的真正原因。本文研究了应力因子温度和放电速率对混合阴极锂离子软包电池的影响。

 

开发混合阴极以结合不同阴极材料的优点。一些研究小组试图解释混合阴极LiMn2O4/LiNi1/3Mn1/3Co1/3O2的老化机理。[2，20，21]他们已经发现，在这类电芯的老化机理主要是可循环的锂的损失和阴极材料的部分损失。然而，关于LiCoO2/LiNi0.8Co0.15Al0.05O2（LCO/NCA）混合阴极的老化行为的信息很少。