鉅大LARGE | 點擊量：1272次 | 2021年04月22日
什么樣的鋰離子電池算作好電池？
1.壽命長
二次電池壽命，包括循環(huán)壽命和日歷壽命兩個指標。循環(huán)壽命是指電池經(jīng)歷了廠家承諾的循環(huán)次數(shù)后，剩余容量仍然大于等于80%。日歷壽命是指無論使用與否，在廠家承諾的時間段內(nèi)，其剩余容量不得小于80%。
壽命，是動力電池的關鍵性指標之一，一方面，更換電池這個大動作確實麻煩且用戶體驗不好；另一方面，根本上，壽命是成本問題。
鋰電池壽命是指電池在使用過一段時間后，容量衰減為標稱容量（室溫25℃，標準大氣壓，且以0.2C放電的電池容量的70%），即可認為壽命終止。行業(yè)內(nèi)一般以鋰電池滿充滿放的循環(huán)次數(shù)來計算循環(huán)壽命。在使用的過程中，鋰電池內(nèi)部會發(fā)生不可逆的電化學反應導致容量下降，比如電解液的分解，活性材料的失活，正負極結構的坍塌導致鋰離子嵌入和脫嵌的數(shù)量減少等等。實驗標明，更高倍率的放電會導致容量更快的衰減，如果放電電流較低，電池電壓會接近平衡電壓，能釋放出更多的能量。
三元鋰電池的理論壽命約為800次循環(huán)，在商業(yè)化的可充電鋰電池中屬于中等。磷酸鐵鋰約為2000次，而鈦酸鋰據(jù)說可以達到1萬次循環(huán)。目前主流的電池廠家在其生產(chǎn)的三元電芯規(guī)格書中承諾大于500次（標準條件下充放電），但是電芯在配組做成電池包后，由于一致性問題，主要是電壓和內(nèi)阻不可能完全一樣，其循環(huán)壽命大約為400次。推薦SOC使用窗口為10%~90%，不建議進行深度充放電，不然會對電池的正負極結構造成不可逆的損傷，若是以淺充淺放來計算的話，循環(huán)壽命至少有1000次。另外，鋰電池若是經(jīng)常在高倍率和高溫環(huán)境下放電，電池壽命會大幅下降到不足200次。
符合Exic IIB T4 Gc防爆標準
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
8路5V20A鋰電池檢測分容均衡儀應用實例
2.成本低
電池本身每度電的價格低，是最直觀的成本。加上前面所說，對用戶來說，成本是否真的低，還要看“全生命周期度電成本”。
“全生命周期度電成本”，動力電池總電量乘以循環(huán)次數(shù)得到電池全生命周期可以利用的電量總和，用電池包總體價格除以這個總和，得到全生命周期內(nèi)每度電的價格。
我們平時所說的電池價格，比如1500元/kWh，都只是按照新電芯的總能量去計價，其實，全生命周期度電成本，才是終端客戶的直接利益所在。最直觀的結果就是，同樣的價格買到同樣電量的兩個電池包，一個充放50次就到了壽命終點，另一個充放了100次還能再用。這兩個電池包，那個便宜哪個貴就一目了然了。
說白了就是壽命長，耐用，降低了成本。
除了上面的兩種成本，電池的維護成本也需要考慮。單純考慮前期成本，選用問題電芯，后期維護成本及人工成本太高。針對電芯本身的維護，主要指手動均衡。BMS自帶的均衡功能受限于自身設計均衡電流的大小，可能無法實現(xiàn)電芯之間的理想均衡，隨著時間的積累，電池組中就會出現(xiàn)壓差過大問題。遇到此類情形，只得進行手動均衡，對電壓過低的電芯單獨充電。這種情形出現(xiàn)的頻率越低，則維護成本越低。
3.能量密度高/功率密度高
能量密度，指單位重量或者單位體積內(nèi)包含的能量；電池的平均單位體積或質(zhì)量所釋放出的電能。一般在相同體積下，鋰離子電池的能量密度是鎳鎘電池的2.5倍，是鎳氫電池的1.8倍，因此在電池容量相等的情況下，鋰離子電池就會比鎳鎘、鎳氫電池的體積更小，重量更輕。
電池能量密度=電池容量×放電平臺/電池厚度/電池寬度/電池長度。
功率密度是指單位重量或者體積對應的最大放電功率的數(shù)值。在道路車輛有限的空間內(nèi)，只有通過提高密度才能有效提高總體能量和總體功率。加之，當前的國家補貼，把能量密度和功率密度作為衡量補貼檔次的門檻，更加強化了密度的重要性。
但能量密度與安全性之間，存在著一定的矛盾關系，隨著能量密度的提高，安全性總會面臨更新更艱巨的挑戰(zhàn)。
4.電壓高
由于負極材料基本都采用石墨電極，鋰電池的電壓主要的由正極材料的材料特性決定，磷酸鐵鋰電壓上限3.6V，三元鋰和錳酸鋰電池最高電壓4.2V左右（下篇講解為什么鋰電池最高電壓不能突破4.2V）。研發(fā)高電壓電芯，是鋰電池提高能量密度的一條技術路線。提高電芯輸出電壓，需要電勢高的正極材料，電勢低的負極材料和穩(wěn)定電壓高的電解液。
5.能量效率高
庫倫效率，也叫充電效率，是指電池放電容量與同循環(huán)過程中充電容量之比。即放電比容量與充電比容量之百分比。
對于正極材料來說，是嵌鋰容量/脫鋰容量，即放電容量/充電容量;對于負極材料來說，是脫鋰容量/嵌鋰容量，即放電容量/充電容量。
在充電過程中電能轉(zhuǎn)換成化學能，放電過程中化學能轉(zhuǎn)化為電能，兩次轉(zhuǎn)化過程中電能的輸入與輸出存在一定的效率，該效率直接反映電池性能的好壞。
在專業(yè)物理學角度，庫倫效率和能量效率不一樣的，一個是電量之比，一個是做功之比。
蓄電池的能量效率與庫倫效率，但從數(shù)學表達式上看，兩者之間有一個電壓的關系。充放電的平均電壓不相等，放電平均電壓一般小于充電平均電壓
通過電池的能量效率可以判斷電池的性能，由能量守恒可知，損失的電能主要轉(zhuǎn)變成熱能，因而能量效率可以分析電池在工作過程中產(chǎn)生的熱量，進而可以分析內(nèi)阻與熱量的關系。并且已知能量效率可以預測電池剩余能量的多少，對電池的合理使用進行管理。
因為輸入的電量往往不能全部用來將活性物質(zhì)轉(zhuǎn)換為充電態(tài)，而是有部分被消耗，(例如發(fā)生不可逆的副反應），因此庫倫效率往往小于100%。但就目前的鋰離子電池而言，庫倫效率基本都能達到99.9%及以上。
影響因素：電解質(zhì)分解，界面鈍化，電極活性材料的結構、形態(tài)、導電性的變化都會降低庫倫效率。
另外，值得一提的是，電池衰減對庫倫效率的影響不大，而且與溫度方面關系不大。
電流密度反映的是單位面積通過的電流大小，隨著電流密度的增大，電堆通過的電流增大，電壓效率由于內(nèi)阻的原因而降低，庫倫效率由于濃差極化等原因而降低，最終導致能量效率降低。
6.高溫性能好
鋰電池高溫性能良好，指電芯處在較高的溫度環(huán)境中，電池正負極材料，隔膜和電解液還能夠保持良好的穩(wěn)定性，在高溫下能夠正常工作，壽命不會加速衰減，高溫不容易引起熱失控事故。
鋰電池的溫度顯示了顯示了電池的熱狀態(tài)，其中所存在的本質(zhì)是鋰電池產(chǎn)熱和傳熱的結果。研究鋰電池的熱特性，及其在不同狀態(tài)下的產(chǎn)熱和傳熱特性，能夠讓我們認識到鋰電池內(nèi)部發(fā)生放熱化學反應的主要途徑。
鋰電池的不安全行為，包括電池在過充過放、快速充放電、短路、機械濫用條件和高溫熱沖擊等情況，容易觸發(fā)電池內(nèi)部的危險性副反應而產(chǎn)生熱量，直接破壞負極和正極表面的鈍化膜。
當電芯溫度上升到130℃以后，負極表面的SEI膜分解，導致高活性鋰碳負極暴露于電解液中發(fā)生劇烈的氧化還原反應，產(chǎn)生的熱量使電池進入高危狀態(tài)。
當電池內(nèi)部局部溫度升高到200℃以上時，正極表面鈍化膜分解正極發(fā)生析氧，并繼續(xù)同電解液發(fā)生劇烈反應產(chǎn)生大量的熱量并形成高內(nèi)壓。當電池溫度達到240℃以上時，還伴隨鋰炭負極同粘結劑的劇烈放熱反應。
鋰電池的溫度問題對于鋰電池的安全性有很大的影響。使用的環(huán)境本身也是有一定的溫度的，而鋰電池在使用的時候也會產(chǎn)生溫度。重要的是，溫度會對鋰電池內(nèi)部的化學反應產(chǎn)生較大的影響，溫度過高甚至會損害鋰電池的使用壽命，嚴重的情況下會引發(fā)鋰電池的安全問題。
7.低溫性能好
鋰電池低溫性能好，指低溫下，電池內(nèi)部的鋰離子和電極材料還都保持較高活性，剩余容量高，放電能力衰減少，允許充電倍率大。
隨著溫度的下降，鋰電池剩余容量衰減成加速形勢。溫度越低，容量衰減越快。低溫下強行充電的危害極大，非常容易引起熱失控事故。低溫下鋰離子和電極活性物質(zhì)活力下降，鋰離子嵌入負極材料內(nèi)部的速率嚴重下降。外加電源以超過電池允許的功率充電時，大量鋰離子堆積在負極周圍，來不及嵌入電極的鋰離子得電子后直接沉積在電極表面，形成鋰單質(zhì)結晶。枝晶生長，直接穿透隔膜，刺向正極。引發(fā)正負極短路，進而導致熱失控的發(fā)生。
除了因為放電容量會嚴重衰退外，低溫下也不能對鋰電池進行充電。在低溫充電時，電池石墨電極上的鋰離子的嵌入和鍍鋰反應是同時存在的且相互競爭。低溫條件下鋰離子在石墨中的擴散被抑制，電解液的導電率下降，從而導致嵌入速率降低而在石墨表面上會使鍍鋰反應更容易產(chǎn)生。鋰離子電池在低溫下使用時壽命下降的原因主要有內(nèi)部阻抗的增加與鋰離子析出使容量衰減。
8.安全性好
鋰電池的安全性，既包括內(nèi)部材質(zhì)的穩(wěn)定性，又包括電芯安全輔助措施的有效性。內(nèi)部材質(zhì)安全性指正負極材料、隔膜和電解液，熱穩(wěn)定性好，電解液與電極材料相容性好，電解液自身阻燃性好。安全輔助措施，指電芯的安全閥設計，熔斷器設計，溫度敏感電阻設計，靈敏度適當，單個電芯故障后，可以防止故障蔓延起到隔離作用。
9.一致性好
通過“木桶效應”我們了解到電池一致性的重要性。一致性，指應用于同一個電池包的電芯，容量、開路電壓、內(nèi)阻、自放電等參數(shù)極差小，性能近似。自身具有優(yōu)異性能的電芯單體，如果一致性不好，成組后，往往其優(yōu)異性都被抹平。有研究表明，成組后電池組容量由最小容量電芯決定，電池包壽命小于壽命最短電芯壽命。
10.方便組裝
鋰電池能量密度高，為了防止單點能量過高，電池單體普遍能量較小。應用于電動汽車的電池，需要把大量電芯組織起來，連接成一個整體使用。單體電芯經(jīng)過焊接、壓接等各種手段，形成模組，模組再經(jīng)過高壓導線連接，形成電池包。這個過程中，單體電芯是否易于焊接，是否為壓接設計了連接接口，是否方便熱管理系統(tǒng)對每個電池單體發(fā)揮作用，都會影響成組設計的簡潔性和成組效率的高低。有的電芯單體密度高，但形狀不友好，加工成電池包以后，能量密度只有單體的一半。電芯單體的連接特性不好，就會白白浪費了電芯的能量密度。
