胡忠彩 郑玉实
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摘要：循环寿命是衡量锂离子电池质量优劣的重要指标，影响锂离子电池循环寿命的因素是多方面的。结合国内外文献。综述了影响锂离子电池循环寿命的因素，分别使用环境和充放电制度截止电压等方面进行了探讨。
关键词：锂离子电池；使用寿命；影响因素
Abstract: Cycle life is an important indicator of the lithium-ion battery quality; there are many factors affecting the cycle life of lithium-ion battery. Combining domestic and foreign literatures, the factors affecting the lithium-ion battery cycle life were reviewed, from the recession, using environment and charge-discharge system.
Key words: lithium-ion battery; cycle life; influencing factor
0引言
随着我国汽车大量生产与使用，能源安全和环境污染问题日益严重，大力发展电动汽车已成为当前产业发展的必然选择[1]。电池作为电动汽车的唯一能量来源，且在目前市场上锂离子电池的性能最好，已经被大部分汽车厂商作为电动汽车的研发对象[2]锂离子电池充放电循环过程是一个复杂的物理化学反应过程，其循环寿命影响因素是多方面的。一方面与电池本身的 特性相关，例如设计、制造工艺和材料性能退化等；另一方面 与使用过程中电池受外界的影响有关，例如使用环境和充放电制度等。下面就对影响锂离子电池循环寿命的因素进行分析。锂离子电池充放电循环的过程即为锂离子通过电解液在正负极材料之间来回脱嵌、移动的过程。在锂离子电池循环过程中，除在正负极发生氧化还原反应外，还存在大量如果能将锂离子电池的副反应降至低水平，使锂离子通过电解液始终能顺畅地往返于正负极材料之间，就能使锂离子电池的循环寿命得以增加。
1.锂离子电池寿命衰退性能分析
受限于目前锂离子电池技术发展瓶颈，对电池使用寿命的影响因素进行分析，用以研究电池寿命显得十分重要。锂离子电池的使用寿命在不断地充放电循环过程中，因电池内部不间断发生的电化学反应而使电池的材料性质发生衰退，而从实际使用环境条件来看，影响电池寿命衰退的因素主要包括环境温度，充放电倍率及充放电截止电压[3]。
2.影响电池使用寿命的因素-环境温度
锂离子电池的使用环境对其循环寿命影响也是非常重要的。其中，环境温度是十分重要的因素。环境温度过低或过高都会影响锂电池的循环寿命。不同的锂离子电池有不同的最佳使用温度，温度过高或过低都会对其使用寿命产生影响。随着温度的降低，电池的放电容量都会有所下降[4]。锂离子电池在使用过程中为满足不同的驾驶工况从而采用不同的放电倍率，放电倍率越大，电池的容量衰减越快。截止电压不同对电池使用寿命的影响主要表现在更低的截止电压会加速电池本身的衰退过程，导致电池容量衰减更快[5]。使用锂离子电池的设备在运输或正常工作的情况下，有可能会经受振动、冲击、碰撞等条件的考验。某些锂电池在与系统通信时进行充放电并根据一定频率接收数据信息。设备振动时的频率有可能对电池频率产生干扰，从而引起芯片数据出错或引发保护电路动作[6]。强振动或冲击下，锂离子电池的极耳、外部的连线、接线柱、焊点等可能会折断或脱落，电池极片上的活性物质也可能剥落，这都会影响电池的寿命甚至产生危险的情况[7]。
对同一类型锂离子电池做充放电循环实验。选择统一的恒流恒压充电方式，分别在不同的环境温度(0℃；10℃；24℃；40℃)下得到的电池容量衰减曲线如图1,所示：
图1 不同环境温度下的锂离子电池容量曲线
Fig.1 Lithium-ion battery capacity curves at different ambient temperatures
3．影响电池使用寿命的因素-充放电电流
锂离子电池的使用过程即充放电循环的过程，充放电电流的大小、充放电截止电压的选择及采用何种充放电方式等充放电制度对锂离子电池的循环寿命也有很重要的影响。凡盲目增大电池的工作电流、增加充电截止电压、降低放电截止电压等都会使电池性能下降。当锂电池的放电电压低于放电截止电压时，就形成了过放电。在过放电的过程中，锂离子从负极上会过度脱出，下次充电时再嵌入会比较困难。锂离子电池在使用过程中为满足不同的驾驶工况从而采用不同的放电倍率，放电倍率越大，电池的容量衰减越快。下面是锂离子电池在同一环境，同一充电方式下，不同的放电倍率(0.5C,1C,5C)对电池容量的影响如图所示：
图2 不同放电倍率下的锂离子电池容量曲线
Fig.2 Lithium-ion battery capacity curves under different discharge rate
4．影响电池使用寿命的因素-截止电压
截止电压同样是影响电池使用寿命的一种因素，充放电截止电压在电池长期使用过程中变现出来的衰减是相对较为严重的。
截止电压不同对电池的使用寿命的影响主要表现在更低的截止电压会加速电池本身的衰退过程，导致电池容量衰减更快]。设置在统一的充电环境，不同的放电截止电压(2.7V；3.0V；3.3V)下的循环试验，得到的容量衰减曲线如图所示：
图3 不同截止电压下的锂离子电池容量曲线
Fig.3 Lithium-ion battery capacity curves at different cutoff voltages
5.结论
通过分析可知，无论在设计制造还是使用过程中，影响锂离子电池循环寿命的因素是多方面的。锂离子电池的应用越来越广泛，对锂电池的需求在数量和质量上都提出更高的要求。循环寿命直接影响锂离子电池的使用时间和品质，因此生产者对其影响因素的研究是十分必要的。
参考文献
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[3]Smith M.Batteries versus biomass as a transport solution[J].Nature,2009.457:78.
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[7]郭红霞.电池制造过程与质量控制[M].北京:,2012:216
作者简介：
胡忠彩（1963-），电力工程师，研究方向为输配电检修
郑玉实（1969-），高级工程师，研究方向为输配电工程建设
论文作者:胡忠彩,郑玉实
论文发表刊物:《电力设备》2016年第7期
论文发表时间:2016/7/4
标签：锂离子电池论文; 电池论文; 电压论文; 寿命论文; 因素论文; 充放电论文; 使用寿命论文; 《电力设备》2016年第7期论文;