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淺談鋰電池(chí)壽命

時間:2019-09-30|

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一、國標對鋰電(diàn)池壽命的計算方法

國標規定的鋰電(diàn)池循環壽命測試條件及要求:在環境溫度20℃±5℃的條件下,以1C充電,當電池端電壓達到充電限製電壓4.2V時,改為恒壓充電,直到(dào)充電電流小於(yú)或等於1/20C,停止充電,擱置0.5h~1h,然後以1C電流放電至終止電壓2.75V,放電(diàn)結(jié)束後,擱置0.5h~1h,再(zài)進行下一個充放電循環,直至連續兩次放電(diàn)時間小(xiǎo)於36min,則認為壽命終止,循環次(cì)數必須大(dà)於300次。

從國標的定義上看,91网站提煉出兩點:

1、.這個定義規定(dìng)了循環壽命的測(cè)試是以深充深放方式進行的; 

2、鋰電池的循環(huán)壽命按照這個模式,經過≥300次循環後容量仍然有(yǒu)60%以上(shàng)可用容量。

二、影響鋰電(diàn)池壽命的因素

1. 鋰(lǐ)電池壽命有(yǒu)關的因素

根據電池大學(xué)認為(wéi),影響鋰電池壽命的主要因素有以下:

1) 充電次數;

2) 放電深度;

3) 充電截止(zhǐ)電壓;

4) 充電速度;

5) 使用溫度;

2. 充電次數對(duì)壽命的(de)影響

很多消費者甚至是部(bù)分工程師認(rèn)為(wéi),很多鋰電池規(guī)格書上標注的壽命估算:充電(diàn)次數300次左右,以為是隻要插入充電器一次,就算一次充電,這樣估算的話,如果消費者一天(tiān)插入充電器2次,電池壽命就隻(zhī)有半年不到了。由於很多人認識電池還是停留(liú)在鎳氫(qīng)電池和鎳鎘電池(chí)上,由於該(gāi)類型的電池是具備記憶效應,但(dàn)是鋰電池沒有記憶效應,電池大學認為,鋰電(diàn)池的一次完整循環應該這樣描述:鋰電池以1C(充電最大電流)的(de)電流充電到額定電壓4.2V,並且以0.05C充電電流涓流充電至電池飽和,然後再以1C的放電(diàn)速(sù)度放電(diàn)到3V,此過程為一次完整的充放電循(xún)環。沒有充(chōng)滿沒有(yǒu)放完都不算一次完整的充放電循環。如果你的電池從滿電(diàn)狀(zhuàng)態,用了十分之一的(de)電量(liàng),然後又充滿了(le),這是十分之一個循環,這樣充(chōng)10次,才基本算一個循環。一般的(de)鋰電池的壽(shòu)命的循(xún)環次數是300~500次(此時(shí)電(diàn)池並沒有完全損壞,隻是容量隻有初始容量的60%~70%)。

三.放電深度DoD對壽命的影響

很多消費(fèi)者甚至是部分工程師(shī)認為(wéi),鋰電池充電次(cì)數過多是有損電池的,所以使用過程中,都是(shì)滿充滿放,等(děng)到電池容量接近0再充電,充(chōng)電截止電壓設置為最高的(de)閾值電壓4.2V。電池大學卻認為,鋰電池放電深度越低越好(hǎo),如下圖2,舉個例子,1AH的LiPO4電池,100% DoD時,循環(huán)次數約600次,壽命內提供的容量 J=1AH*600=600AH,如果以40%的DoD深度放電,可以循環(huán)3000次,壽(shòu)命內提供的容量 J=1AH*0.4*3000=1200AH,比100%放電深度提高了50%的壽命。豐田的雙擎混動汽車,電池提供8年16萬公裏的質保,對(duì)外(wài)宣傳就是(shì):淺充淺放,壽(shòu)命更長。

4. 充電電壓對壽命的影響

電池大學認為,充電截止電壓對電池的壽命影響是關鍵性的,鋰電池在(zài)4.2V以下,有兩個重要的準則:

1、充(chōng)電(diàn)截止電壓在4.2V以下,每降低0.1V,可充電的循環次數就會提高一倍。

2、充滿(mǎn)電壓每下(xià)降(jiàng)70mV,電池(chí)的可用容量就會(huì)降低10%。

電動汽車,衛星中(zhōng)的鋰離子電池還必須具有8年以上的使用壽命。為實現此目的,電池僅被充電至3.90V /電池或更低(dī)。NASA的一個有(yǒu)趣發現是,駐留在(zài)4.10V /電池以上的鋰離子由於陰極上的(de)電解質(zhì)氧化(huà)而趨於分解,而充電至較低電(diàn)壓的(de)鋰離子則由於SEI在陽極上積聚(jù)而失去容量。美國國家航空航天局(NASA)報告說(shuō),一旦鋰離子在衛星中傳遞了大約40,000個周期之後(hòu),它(tā)通過了8年大關,則由這(zhè)種現象引起的電(diàn)池質量惡化很快就會發展。充電至3.92V /電(diàn)池似乎可(kě)以最大程度地延長使用壽(shòu)命(mìng),但這隻能使容量降低約60%。瑞典查爾默斯科技大學報告說,使用降低的50%SOC(state-of-charge 充電方式 )充電量可使汽車鋰離子電池的預期壽命提高44–130%。

大(dà)多數用於手機,筆記本電腦,平板電腦和數碼相機的設計者將將鋰(lǐ)離子(zǐ)電池充電至4.20V 。這是運行的極限閾值。因為消費電子更新(xīn)周期一般是3年,使(shǐ)用者(zhě)希望的是更長的續航時間,很多山(shān)寨品牌就(jiù)是為了追求榨幹所有的容量,將充電電壓提高到4.3V甚至更高。另一方麵,工業界更關注壽命,並可能選擇較低的電壓閾值,充電閾值由各個廠家自(zì)行設定,並(bìng)沒有統一的標準。

5. 充電速度如何影響(xiǎng)壽命

電池大學認為,鋰電池充電速度(dù)(充電電流)對鋰電池的壽命有關鍵的影響,充電速度越快,電池(chí)的壽命越(yuè)短。下圖5是900mAH鋰電池作為對比實驗(yàn),C:電池表示的容量數值。例如,2600mAh的鋰充電電池,1C=2.6A;3400mAh的(de)鋰充電電池1C=3.4A。由實驗結果(guǒ)可知(zhī),1C的(de)充電速(sù)度,500個循環後(hòu)剩餘滿容量為800mAH,減少100mAH,容量(liàng)下降約11%。如果以2C的充電速度充電,500個循環後剩餘滿容量為500mAH,減少400mAH,容量下降約44%。現在(zài)的手機廠商都在追求(qiú)充電速度,卻是犧牲電池壽(shòu)命為代價,好在消(xiāo)費電子更新頻(pín)率足夠(gòu)高。

6. 溫度對壽命的影響?

電池大學認為,鋰(lǐ)電池的工作溫(wēn)度對電池壽命有很大的影響,實驗顯示,鋰電(diàn)池(chí)經曆過100次的循環充放電,在20℃時,NCM材質鋰電池的容量隻(zhī)下降到97.7,而溫度升高到60℃,電(diàn)池的(de)容量下(xià)降(jiàng)到隻有60%左右。所以要盡可能讓電池維持在常溫的(de)狀態。

通過電(diàn)池大學(xué)的結論,91网站知道(dào)鋰電池的壽(shòu)命評估和設計是一項係(xì)統(tǒng)的工程,涉及到(dào)充電次數、放電深度、充電截(jié)止電壓、充(chōng)電速(sù)度、使用溫度五個關鍵因素,這(zhè)些因素與成本、用戶體驗、性能、質量、可靠性息息相關,這就需(xū)要產品經理在具體的產品中做取舍,例如手機的產品經理,追求的就是充電更快、續航更長,壽(shòu)命不要緊(jǐn)(一(yī)兩年就要(yào)換手(shǒu)機(jī)),而工業產品的產品經理,基(jī)本是追求產品質量(liàng)更穩定(dìng),壽命更長,充(chōng)電速度和續航是可以降低(dī)優先級的。


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