锂离子电池的等效全循环次数
锂离子电池的性能会随着使用出现不同程度的下降，这是一个缓慢、不可逆的变化过程。使用寿命是锂离子电池的一个重要性能参数。现行相关标准通常以标准的充放电循环试验中的全寿命（80%容量保持率）周期循环次数的形式规定锂离子电池的使用寿命，电池的循环曲线如图1所示，当容量衰减至初始容量的80%时对应的循环次数就是电池的使用寿命。但实际运行中的工作条件与标准的充放电循环试验差别很大，环境条件、工作倍率、充放电深度等常出现波动，因此在实际运行中无法直接以循环次数衡量锂离子电池的使用寿命。比如一块手机电池有100%的电量，一次把它用光到0%，然后再充电到100%，这就是一次充放循环。此时电池循环次数为1次，充电次数为1次。而第一次把它用剩到40%、然后充电到100%，第二次又用剩到60%、再充电到100%。这两次使用，合起来也是一次完整的充放循环。此时电池循环次数为1次，但是充电次数为2次。因此，锂离子电池的等效全循环次数定义为电池在各种工况条件下累积的放电容量除以电池的标称容量所得到的计数值。一个完整的100%用电/充电循环过程，可以仅充电1次，也可以是2次、3次甚至更多次。但最终决定锂电池寿命的，是80%初始容量时的等效全循环次数，而不是充电次数。采用等效全循环次数研究不同温度、不同充放电深度和倍率下多种电池的使用寿命。图2是商用LFP， NCA和 NMC三种18650 电池在各种不同操作条件下以等效全循环次数为横坐标的循环曲线，由图可知，在实验中， LFP电池表现出更长的循环寿命：2500~9000 EFC，大多数LFP电池还没有达到80%容量；NCA电池寿命较差，为250至1500 EFC；NMC电池为200至2500 EFC。所有电池都表现出线性降解行为，在循环开始和结束时衰减速度略快。图2 LFP， NCA和 NMC三种18650 电池在各种不同操作条件下以等效全循环次数为横坐标的循环曲线再具体看电池对特定的循环条件的依赖性，如图3所示。由图3 a–3c可知，LFP电池的容量衰减速率随着温度的升高而增加，但NMC电池的容量衰减率随着温度的升高而降低。NCA电池在实验范围内没有表现出强烈的温度依赖性。所有电池容量衰减速率随着放电深度的增加而增加（图3 d–3f）。在（脱）插层过程中，石墨的体积变化更大，会增加应力和微裂纹。新形成的裂纹使电解质与锂之间发生进一步反应，导致更多的SEI形成，活性锂损失和容量衰减。由于快速体积变化对电极的压力增加，预计更高的放电倍率将加速容量衰减。图3 g–3h中，NMC 和 LFP 电池对放电倍率依赖性较低。然而， NCA电池的容量衰减随着放电倍率的增加而降低（图3i）。图3 LFP、NCA和 NMC三种电池对温度、充放电深度和倍率的依赖性以上研究表明，电池对温度、放电深度和放电倍率依赖性的趋势在不同的化学体系是不一样的。一种化学体系中的依赖性不能广泛地外推到所有锂离子电池。在15 °C至35 °C温度范围内，LFP电池的容量衰减速率随温度的升高而增加，NMC电池的容量衰减速率降低，表明存在不同的显性降解机制。NMC和NCA电池对放电深度的依赖性更强，对全SOC范围循环的敏感性高于LFP电池。最后，再次说明一次充放电周期指的是锂离子电池一次完整的充放电过程，也就是说当电池使用电量达到电池容量的100%，即完成了一个充电周期，但不一定通过一次充电完成。 著作权归作者所有，欢迎分享，未经许可，不得转载
首次发布时间：2023-09-29
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