充電的快慢對(duì)鋰離子電池衰降有影響嗎

鋰離子電池在使用過程中充放電次數(shù)新增，容量逐漸減少。所謂衰退是指電力逐漸耗盡的直觀感覺。像我們的手機(jī)相同，第一次買的時(shí)候一次充電可以用一整天，但充電滿的時(shí)候只能用半天。這就是鋰離子電池在使用中的容量減少的原因。這種更換速度快的產(chǎn)品也比較好地解決。電池容量用完之前，我們可能已經(jīng)更換了新電話，但電動(dòng)汽車的這種使用壽命長(zhǎng)的耐用產(chǎn)品不能很好地解決。一般來說，汽車的使用壽命可能達(dá)10年左右，在此期間可能要1000至2000次充電(假設(shè)每隔一天充一次電)，為了滿足電動(dòng)汽車的使用需求，必須對(duì)電動(dòng)汽車的鋰離子電池的使用壽命提出一定的要求。

影響鋰離子電池壽命的因素有多種，使用溫度、充電放電電流、充電和放電阻塞電壓等都會(huì)影響鋰離子電池的退化速度。鋰離子電池容量下降的機(jī)制可分為三類:內(nèi)部電阻和極化新增、陽極和陰極活性物質(zhì)損失以及Li損失，外部因素對(duì)這三種影響也有所不同。例如，lifepo4材料電池通常具有非常好的循環(huán)性能，但美國(guó)得克薩斯大學(xué)alenton大學(xué)的derekkn.wong等研究表明，假如使用條件對(duì)266650型號(hào)的lifepo4電池進(jìn)行15c脈沖放電和15c持續(xù)放電，則對(duì)lifepo4電池的影響將完全不同。有15c脈沖放電的磷酸鐵鋰離子電池容量下降40次后不能放電15c，但1c放電減少6%/20次。15c持續(xù)放電電池容量下降速度較慢，60次后可放電15c，但1c比例的衰減速度比15c脈沖放電快14%/20%。機(jī)制研究表明，15c脈沖放電的電池在陰極sei膜中含有更多的lif，lif對(duì)鋰離子擴(kuò)散的干擾更大，電池的Li擴(kuò)散阻抗和電荷交換阻抗迅速新增，因此在充電和放電過程中，極化電壓過大，導(dǎo)致lifepo4大電流放電容量迅速減少。

鋰離子電池的放電系統(tǒng)嚴(yán)重依賴用戶，良好的放電系統(tǒng)不一定適用于所有用戶。但是，由于充電劑重要由設(shè)計(jì)者控制，因此充電劑對(duì)電池壽命下降影響的研究更能指導(dǎo)鋰離子電池的設(shè)計(jì)。北京交通大學(xué)的yanggo等研究了鋰離子電池壽命下降的各種充電系統(tǒng)的影響，研究了其用途機(jī)理，提出了鋰離子電池壽命下降的模型。yanggau研究表明，假如充電電流和阻塞電壓超過一定數(shù)字，鋰離子電池的減速可能會(huì)大大加快，為了降低鋰離子電池的衰退速度，必須選擇適合多個(gè)系統(tǒng)的充電放電電流和阻塞電壓。

在這項(xiàng)測(cè)試中，襄陽使用商用18650電池，陰極材料使用licoo2，陰極材料使用石墨，測(cè)試了其他充電電流對(duì)電池衰減速度的影響，如下圖所示。如下圖a所示，充電電流對(duì)鋰離子電池的衰減速度有很大影響。按0.5c充電比例，前150個(gè)循環(huán)電池的衰退速度為0.020%/環(huán)路，150-800次為0.0156%/環(huán)路，800次后為0.0214%/環(huán)路穩(wěn)定。按照0.8c充電比例，電池前150次，衰退速度為0.0243%/周期，150-800次-0.175%/周期，800次以后為0.0209%/周期。關(guān)于1c比例填充，前150次衰退速度為0.032%/循環(huán)，150次到600次衰退速度為0.0188%/循環(huán)，600次以后的衰退速度為0.0271%/循環(huán)。1.2c充電使前100次衰減速度為0.0472%/循環(huán)，100次-400次衰減源速度為0.0226%/循環(huán)，400次以后的衰減速度為0.0356%/循環(huán)。比例為1.5c的充電與比例不同的充電電池有很大差別，平均衰退速度比使用0.078%/環(huán)路充電比其他比例的電池快得多。從前面提到的數(shù)據(jù)來看，隨著充電比例的新增，鋰離子電池的衰減速度也在迅速新增，從曲線的斜率來看，電池的衰減速度有三個(gè)階段不同，前一個(gè)時(shí)段的衰減速度較快(第一階段)，中間衰減速度較慢的穩(wěn)定階段(第二階段)，以及后期衰減速度加速階段(第三階段)。根據(jù)對(duì)三級(jí)電池衰減機(jī)制的研究，第一階段可能會(huì)更快地衰減，因?yàn)殡姵豷ei膠片的生長(zhǎng)會(huì)消耗一些Li。第二階段，sei膜結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，內(nèi)部相對(duì)穩(wěn)定，因此衰退速度較慢，第三階段，電池老化，活性物質(zhì)損失開始發(fā)生，電極活性接口減少，電池對(duì)電流反應(yīng)非常敏感。圖c是不同截?cái)嚯妷簩?duì)電池下降速度影響的實(shí)驗(yàn)，測(cè)試結(jié)果表明，將截?cái)嚯妷禾岣叩?.3v會(huì)導(dǎo)致電池周期性能急劇下降，降低截?cái)嚯妷簳?huì)有效地提高電池周期性能。

假如充電電流小于1c，電池動(dòng)態(tài)內(nèi)阻會(huì)隨著電池循環(huán)的變化幾乎相同，但假如充電電流超過1c，則隨著充電速度的提高，電池動(dòng)態(tài)內(nèi)阻的提高速度會(huì)迅速提高。圖b的測(cè)試結(jié)果表明，當(dāng)充電阻塞電壓為4.3v時(shí)，電池動(dòng)態(tài)內(nèi)阻新增得非?？?，這表明高阻塞電壓加劇了電池的動(dòng)態(tài)條件，而阻塞電壓為4.1v和4.2v時(shí)，電池動(dòng)態(tài)內(nèi)阻的新增速度更慢。

如上所述，不管充電電流或掉電電壓是什么，只要充電電流或電壓超過此值，電池就會(huì)加速衰退；關(guān)于上面的電池，假如充電電流和阻塞電壓超過此值，電池衰退速度就會(huì)加快；假如小于此值，即使充電電流和阻塞電壓提高，電池的衰退速度也不會(huì)顯著提高。充電電流和截?cái)嚯妷簩?duì)電池衰減速度影響的機(jī)制研究表明，當(dāng)充電電流低于1c時(shí)，重要影響的是陽極和陰極活性物質(zhì)的損失，假如截?cái)嚯妷旱陀?.2v，重要是Li損失，假如充電電流和截?cái)嚯妷焊哂诖酥?，則陽極和陰極活動(dòng)物質(zhì)的損失和Li損失將大大加快。