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动力电池老化的原因分析

1、影响老化的因素

动力电池最佳工作温度是15℃-35℃,但在日常应用中,不可能完全满足电池的要求,因此,最常见的影响电池老化的场景就是高温,低温。

除了环境以外,电池工作参数,也会对老化起到加速或者减速的用途,因此电芯充放电参数的选择影响显著。

在以上列举的外部因素用途下,电池电极材料等在电化学反应过程中,发生正常充放电以外的副反应,导致老化的发生。

2、典型老化过程

老化过程中,具体都会发生什么细节过程,跟正负极材料,电解液和隔膜的选择有密切关系,本文解说大略的老化过程,暂时不针对具体材料做详细解释。

3、高温老化

50℃,是一般动力电池能够允许的工作温度范围上限。在较高温度下进行电化学反应,电解液活性较强,容易发生分解反应,分解产物与正极材料结合,是对正极材料的消耗;正极结构材料遭到腐蚀,晶格结构由于缺少足够材料的支撑发生坍塌,锂离子的空位减少,正极容纳锂离子的能力下降,使得电池容量遭受损失;

同时,正极材料反映的产物,游荡在电解液中,可能附着在正负极电极的表面。电极表面被不能参与充放电过程的物质覆盖,阻碍了电化学过程的顺利发生,电芯内阻新增。

4、低温老化

环境温度达到0°℃以下,动力电池的性能开始受到低温的明显影响。SIE膜,是电芯化成过程中,负极材料与电解液之间反应生成的一层钝化膜,对负极材料具有保护用途。

在低温工作过程中,SEI膜生长,消耗部分电解液中的活性锂离子,使得电解液中导电离子的浓度降低,电池可用容量遭到永久性损失。SEI膜的增厚,使得锂离子穿过膜层到达负极的困难新增,与导电锂离子的浓度降低问题叠加在一起,电芯内阻随之增大。

低温下充电,尤其是充电电流比较大时,负极还会发生另外一个副反应锂单质析出。低温下,锂离子活性下降,勉强充电,使得过量的锂离子聚集在负极周围,来不及穿过SEI膜到达负极嵌入,就沉积在负极表面,形成纯锂层。这个过程在过低温度的充电过程中容易发生,并且不可逆转。随着使用循环的累积,锂单质也会持续积累,枝晶不断生长,使得刺破隔膜的风险也在不断累加。

锂离子电池低温工作,老化问题重要发生在负极,正极的副反应也存在,但影响不显著。

五、物理损伤

动力电池在运输、安装和使用过程中,可能会受到挤压、碰撞等物理损伤。这些损伤可能导致电池内部结构的改变,进而影响其性能和使用寿命。

综上所述,动力电池老化的原因多种多样,包括时间因素、充放电次数、温度影响、电池管理系统的不完善以及物理损伤等。为了延长动力电池的使用寿命,需要从多个方面入手,包括改进电池材料和制造工艺、优化充放电策略、加强温度控制、完善BMS设计以及提高电池的安全防护等。


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