Стареенето на литиевите батерии е дългосрочен постепенен процес и здравето на батерията се влияе от различни фактори като температура, скорост на тока и напрежение на прекъсване. Понастоящем са постигнати някои постижения в изследванията и анализа на моделирането на здравословното състояние на батерията. Свързаните изследвания включват механизъм за разграждане на батерията и анализ на фактора на стареене, управление на здравето на батерията, наблюдение и оценка на състоянието на батерията, прогнозиране на живота на батерията и др.
Все още обаче липсва сравнително пълно обобщение и преглед на оценката на състоянието на литиевата батерия. Този документ систематично въвежда статуса на изследването и напредъка на здравословното състояние на батерията от пет аспекта: дефиниция, влияещи фактори, модел за оценка, трудности при изследването и изследователската значимост на здравословното състояние на батерията.
1. Дефиниране на здравословното състояние на батерията
SOH на батерията характеризира способността на текущата батерия да съхранява електрическа енергия спрямо новата батерия и представлява състоянието на батерията от началото на нейния живот до края на нейния живот под формата на процент. Има много индикатори за ефективност на батериите. Има много дефиниции на SOH у дома и в чужбина, но липсва единство в концепцията. Понастоящем дефиницията на SOH се отразява главно в няколко аспекта като капацитет, електричество, вътрешно съпротивление, времена на цикъла и пикова мощност.
1 Дефиниция на капацитет SOH
Има повечето литератури относно дефиницията на SOH чрез намаляване на капацитета на батерията и дефиницията на SOH е дадена, както следва: Във формулата: Caged е текущият капацитет на батерията; Crated е номиналният капацитет на батерията.
2 Определение за електричество SOH
Дефиницията на SOH за потреблението на електроенергия е подобна на дефиницията за капацитет, тъй като номиналният капацитет на батерията има действителен ефективен капацитет и максимален капацитет, а действителният капацитет на батерията е малко по-различен от номиналния номинален капацитет, така че някои литератури определят SOH от гледна точка на капацитета за разреждане на батерията.
3 Вътрешното съпротивление определя SOH
Увеличаването на вътрешното съпротивление на батерията е важна проява на стареенето на батерията и е причина за по-нататъшното стареене на батерията. Много литератури използват вътрешното съпротивление за определяне на SOH.
4 Броят на оставащите цикли определя SOH
В допълнение към използването на показатели за производителност на батерията като капацитет и вътрешно съпротивление за определяне на SOH, има и литература, която определя SOH на батерията чрез броя на оставащите цикли на батерията
Определенията на SOH за горните четири типа батерии са относително често срещани в литературата. Дефиницията за капацитет и електричество е много работоспособна, но капацитетът е външната производителност на батерията, докато оперативността на дефиницията на вътрешното съпротивление и оставащото време не е силна. Вътрешното съпротивление е свързано със SOC и температурата и не е лесно за измерване. Броят на оставащите цикли и общият брой цикли не са лесни за измерване. не може да се предвиди точно.
2. Фактори, влияещи върху здравословното състояние на литиевите батерии
През последните години много местни и чуждестранни литератури са изследвали механизма и закона за стареене на литиевите батерии. Обикновено се смята, че отлагането на литиеви йони, удебеляването на SEI филма и загубата на активни материали са основните причини за стареенето на батерията и намаляването на капацитета. Злоупотребата с литиеви батерии ще ускори стареенето на батерията, а нормалното зареждане и разреждане на батериите също ще повлияе на здравето на батерията и ще ускори стареенето на батерията.
1 Влияние на температурата върху SOH на батерията
Обикновено се счита, че температурата е основният фактор, влияещ върху здравето на батерията. Температурата има двойно въздействие върху работата на батерията. От една страна, високата температура ще ускори химическата реакция вътре в батерията и ще подобри ефективността и производителността на батерията. В същото време високата температура също ще ускори някои необратими химични реакции. Реакцията възниква, което води до намаляване на активния материал на батерията, причинявайки стареене и намаляване на капацитета на батерията. Експерименталните данни показват, че високата температура ще ускори растежа на SEI филма на електрода на батерията и трудността на литиевите йони, проникващи в SEI филма, ще се увеличи, което е еквивалентно на увеличаване на вътрешното съпротивление на батерията.
2 Влияние на скоростта на зарядния и разрядния ток върху SOH на батерията
Скоростта на зареждане и разреждане ще повлияе на живота на батерията. Батерията Sony 18650 е тествана за 300 цикъла при три различни скорости на разреждане. В същото време високоскоростният разряд ще генерира повече топлина вътре в батерията, което ще ускори стареенето на батерията. Под електронен микроскоп се наблюдава, че SEI филмът върху повърхността на електрода на батерията с висок разряд е по-дебел от този на разряда с ниска скорост.
3 Влияние на дълбочината на разреждане върху SOH на батерията
Дълбочината на зареждане и разреждане на батерията оказва влияние върху здравето и стареенето на батерията. Смята се, че батерията е натрупала обща енергия за пренос и анализът на намаляването на капацитета и стареенето на батерията се извършва въз основа на общата енергия за пренос. Гао Фей и др. анализира връзката между натрупаната трансферна енергия на батерията и намаляването на капацитета на батерията чрез циклични тестове на различни дълбочини на разреждане на литиеви батерии и заключи, че преди капацитетът на батерията да намалее до 85%, натрупаната трансферна енергия на батерията е в дълбокото зареждане и дълбокото разреждане и намаляването на капацитета на батерията. Двата режима на плитко зареждане и плитко разреждане са основно еднакви. Когато капацитетът на батерията спадне до 85% ~ 75%, натрупаната трансферна енергия и енергийната ефективност на батерията са по-добри от режимите на плитко зареждане и плитко разреждане.
4 Влияние на интервала на цикъл върху SOH на батерията
Интервалът на цикъла на зареждане-разреждане на батерията също ще повлияе на процеса на стареене на батерията. Вътрешното съпротивление на зарядно-разрядната батерия е различно за различните интервали на цикъла. Следователно топлината и реакцията на батерията по време на цикъла са малко по-различни, което ще повлияе на здравето и стареенето на батерията в дългосрочен план. Поради това някои експерти предполагат, че диапазонът на SOC на батерията е 20% ~ 80%, което е от полза за здравето на батерията и живота на цикъла.
5 Влияние на прекъсващото напрежение зареждане-разреждане върху SOH на батерията
Презареждането и прекомерното разреждане на батерията ще се отрази на здравето на батерията, а неподходящите горни и долни граници на напрежение ще се отразят на батерията. Колкото по-ниско е напрежението на прекъсване на разряда, толкова по-голямо е вътрешното съпротивление на батерията, което води до вътрешно нагряване на батерията, увеличени странични реакции, намаляване на активните материали на батерията и свиване на отрицателния графитен лист, ускорено стареене и намаляване на капацитета на батерия. Прекомерното напрежение на прекъсване на зареждането води до увеличаване на вътрешното съпротивление на батерията, вътрешната топлина на батерията се увеличава и презареждането причинява феномена „литиево утаяване“ на отрицателния електрод и съответното увеличаване на страничните реакции, което засяга капацитета и стареене на батерията.
В обобщение, работната температура, скоростта на зареждане-разреждане, дълбочината на разреждане, интервалът на цикъла и напрежението на прекъсване на зареждане-разреждане на батерията ще окажат влияние върху здравето и живота на батерията. Понастоящем изследването на факторите, влияещи върху здравословното състояние на батерията, е в етап на качествено изследване. Количественият анализ на тези влияещи фактори върху стареенето на батерията и връзката между тези фактори са трудностите на изследването и изследователската гореща точка за здравето и живота на батерията в бъдеще.
