鋰電池自放電和過(guò)放電現(xiàn)象的研究

來(lái)源：存能電氣  日期：2020-04-13 16:56  瀏覽量：次

鋰電池自放電和過(guò)放電現(xiàn)象的研究。隨著鋰電池能量密度進(jìn)一步提高和成本進(jìn)一步降低，其在電動(dòng)汽車和儲(chǔ)能領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，鋰電池自放電和過(guò)放電一致性對(duì)電動(dòng)汽車和儲(chǔ)能系統(tǒng)的壽命和可靠性有著非常重要的作用，從鋰電池自放電和過(guò)放電形成機(jī)理、影響因素以及檢測(cè)方法等方面對(duì)近年來(lái)鋰電池自放電和過(guò)放電研究成果進(jìn)行了綜述。

鋰電池自放電現(xiàn)象的研究

自放電是電池在存儲(chǔ)中容量自然損失的一種現(xiàn)象，一般表現(xiàn)為存儲(chǔ)一段時(shí)間后開(kāi)路電壓下降。鋰電池自放電按照反應(yīng)類型可分為物理自放電和化學(xué)自放電。從自放電對(duì)電池影響有客將自放電分為兩類：損失容量能夠可逆得到補(bǔ)償?shù)淖苑烹娨约皳p失容量無(wú)法可逆得到的補(bǔ)償?shù)淖苑烹?，通常情況下物理自放電導(dǎo)致的容量損失是可逆的，而化學(xué)自放電導(dǎo)致的容量損失是不可逆的。

鋰電池因其本身無(wú)污染、比能量高、循環(huán)壽命長(zhǎng)等特性被廣泛應(yīng)用在各種儀表和電動(dòng)汽車上作為能源系統(tǒng)，而鋰電池自放電現(xiàn)象的存在不僅造成電池本身能量的損失，還會(huì)因各電池間自放電的不一致性導(dǎo)致鋰電池組壽命減少，容量迅速衰減引起電池管理系統(tǒng)(BMS)對(duì)電池荷電狀態(tài)(SOC)的預(yù)測(cè)出現(xiàn)較大誤差，電動(dòng)車控制策略失效，致使電動(dòng)車電池系統(tǒng)出現(xiàn)過(guò)放電的情況。

鋰電池自放電的原因

1.造成可逆容量損失的原因：可逆容量損失的原因是發(fā)生了可逆放電反應(yīng)，原理跟電池正常放電反應(yīng)一致。不同點(diǎn)是正常放電電子路徑為外電路、反應(yīng)速度很快；自放電的電子路徑是電解液、反應(yīng)速度很慢。

2.造成不可逆容量損失的原因：當(dāng)電池內(nèi)部發(fā)生了不可逆反應(yīng)時(shí)，所造成的容量損失即為不可逆容量損失的。所發(fā)生不可逆反應(yīng)的類型主要包括：正極與電解液發(fā)生的不可逆反應(yīng)、負(fù)極材料與電解液發(fā)生的不可逆反應(yīng)、電解液自身所帶雜質(zhì)引起的不可逆反應(yīng)、制成時(shí)雜質(zhì)造成的微短路所引起的不可逆反應(yīng)。

自放電率是衡量鋰電池壽命的重要參數(shù)，而自放電過(guò)程發(fā)生在電池內(nèi)部與電池材料和工藝相關(guān)，并隨著環(huán)境溫度、儲(chǔ)存時(shí)間、荷電狀態(tài)的變化而變化。對(duì)鋰電池自放電實(shí)現(xiàn)快速檢測(cè)能夠縮短自放電參數(shù)測(cè)量的時(shí)間周期提高其準(zhǔn)確性，自放電檢測(cè)可應(yīng)用于電池組合技術(shù)，在實(shí)際應(yīng)用中為電池的一致性研究和分選工作提供新的理論數(shù)據(jù)，進(jìn)而改善鋰電池的性能。

鋰電池過(guò)放電現(xiàn)象的研究

電池放完內(nèi)部?jī)?chǔ)存的電量，電壓達(dá)到一定值后繼續(xù)放電就會(huì)造成過(guò)放電，通常根據(jù)放電電流來(lái)確定放電截止電壓。電池過(guò)放可能會(huì)給電池帶來(lái)災(zāi)難性的后果，特別是大電流過(guò)放或反復(fù)過(guò)放對(duì)電池影響更大，一般而言過(guò)放電會(huì)使電池內(nèi)壓升高，正負(fù)極活性物質(zhì)可逆性受到破壞，即使充電也只能部分恢復(fù)容量也會(huì)有明顯衰減。

為了保證石墨層中放電后留有部分鋰離子就要嚴(yán)格限制放電終止最低電壓，也就是說(shuō)鋰電池不能過(guò)放電。放電終止電壓通常為3.0V/節(jié)，最低不能低于2.5V/節(jié)。電池放電時(shí)間長(zhǎng)短與電池容量、放電電流大小有關(guān)，電池放電時(shí)間（小時(shí)）=電池容量/放電電流；鋰電池放電電流不應(yīng)超過(guò)電池容量的3倍，否則會(huì)使電池?fù)p壞。

鋰電池過(guò)放電的影響

1、電池標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的終止電壓值，是電池連續(xù)放電時(shí)所達(dá)到的電壓值；但實(shí)際使用過(guò)程中多是斷斷續(xù)續(xù)放電，那么即使放電到規(guī)定的終止電壓值，也往往會(huì)出現(xiàn)過(guò)放電。

2、當(dāng)電池放電到終止電壓之后，靜置數(shù)分鐘到半小時(shí)，電池電壓會(huì)自動(dòng)升高。這就誤導(dǎo)了用戶認(rèn)為電池仍可繼續(xù)放電，從而造成了電池過(guò)放電。

3、電池進(jìn)行周期治療充放電，雖然可以使電池容量較前一次有所提高，但連續(xù)進(jìn)行過(guò)度深放電不但起不到進(jìn)一步激活未參加反應(yīng)的活性物質(zhì)的正作用，而且與此相反會(huì)引起正板柵腐蝕和一部分α-PbO2向β-PbO2的轉(zhuǎn)化，結(jié)果必然縮短電池的循環(huán)壽命。放電深度越深電池容量下降的就越快，過(guò)放電和周期治療產(chǎn)生的副作用就越明顯，電池的循環(huán)壽命就越短。

目前大多數(shù)電子產(chǎn)品的電池都采用鋰電池，鋰電池自1990年問(wèn)世以來(lái)因其卓越的性能得到了迅猛的發(fā)展廣泛地應(yīng)用于社會(huì)，鋰電池生產(chǎn)商也因此得到了最大規(guī)模的發(fā)展。不需要將鋰電池充到百分之100滿電，更不要將電量使用殆盡。在情況允許的情況下盡量使電池的電量維持在半滿狀態(tài)附近，充電與放電的幅度越小越好。