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锂电池回收影响因素

2019-11-13 05:23:36    533次浏览

电池健康状态(SOH)评估对电池的使用、维护和经济性分析具有指导意义,然而电池的健康状态评估缺少针对性的整理和总结。本文综述了锂电池健康状态的定义、影响因素、评估模型以及研究难点。

锂电池回收的老化是一个长期渐变的过程,电池的健康状态受温度、电流倍率、截止电压等多种因素影响。目前电池健康状态的研究和建模分析等已有一定成果,相关的研究包括电池退化机理与老化因素分析、电池的健康管理、电池状态监测与估计、电池寿命预测等。

然而锂电池健康状态评估方面仍缺少比较完善的归纳和综述。本文从电池健康状态的定义、影响因素、评估模型、研究难点和研究意义五个方面比较系统地介绍了电池健康状态的研究现状和进展。

电池SOH表征当前电池相对于新电池存储电能的能力,以百分比的形式表示电池从寿命开始到寿命结束期间所处的状态,用来定量描述当前电池的性能状态。电池的性能指标较多,国内外对SOH有多种定义,概念上缺乏统一,目前SOH的定义主要体现在容量、电量、内阻、循环次数和峰值功率等几个方面。

近年来,国内外有很多文献研究锂电池老化机理和规律,普遍认为锂离子沉积、SEI膜增厚和活性物质损失等是造成电池老化和容量衰减的主要原因。锂电池的滥用会加速电池老化,电池的正常充放也会影响电池健康状态,加速电池老化。

1、温度对电池SOH的影响

温度通常被认为是影响电池健康状态的主要因素,温度对电池的性能有双重影响,一方面高温会加快电池内部的化学反应速度,提升电池的效率和性能,同时高温也会加速一些不可逆的化学反应发生,造成电池的活性物质减少,引起电池的老化和容量衰减。有实验数据表明高温会加快电池电极的SEI膜增长,锂离子穿透SEI膜难度增加,等效为电池内阻增大。

2、充放电电流倍率对电池SOH的影响

锂电池回收充放电倍率会影响电池的寿命,以三种不同放电倍率对索尼18650电池进行300次循环实验,其电池容量分别衰减9.5%、13.2%和16.9%,电池内阻分别增加12.4%、18.3%和27.7%,同时高倍率放电会在电池内部产生更多的热量,加速电池老化,电子显微镜下观察到高倍率电池放电的电极表面SEI膜比低倍率放电的要厚。

3、放电深度对电池SOH的影响

电池充放电深度对电池健康和老化有影响,有观点认为电池有累计的总转移能量,基于总转移能量进行电池的容量衰减和老化分析。高飞等通过对锂电池不同放电深度的循环测试,分析电池的累积转移能量与电池容量衰减之间的关系,得出电池容量衰减到85%之前,电池累计转移的能量在深充深放与浅充浅放这两种模式下基本相同,当电池容量衰减到85%~75%时,电池累计转移的能量和能量效率上深充深放模式都优于浅充浅放的模式。

4、循环区间对电池SOH的影响

电池充放电循环区间也会影响电池老化过程,循环区间不同对应的充放电电池内阻不一样,因此循环过程中电池发热和反应略有不同,长期将影响电池的健康和老化。因此有专家建议电池SOC范围在20%~80%,这样有利于电池健康和循环寿命。

5、充放电截止电压对电池SOH的影响

锂电池回收的过充和过放都会对电池健康产生影响,不恰当的电压上限和电压下限对电池都有影响。放电截止电压越低,电池内阻越大,造成电池内部发热,同时引起副反应增加,电池活性物质减少和负极石墨片层出现塌陷,电池加速老化和容量衰减。过高的充电截止电压引起电池内阻增大,电池内部发热增加,过度充电引起负极产生“析锂”现象以及相应的副反应增加,影响电池的容量和老化。

综上,电池运行的温度、充放电倍率、放电深度、循环区间和充放电截止电压等都会对电池的健康状态和寿命产生影响。目前,电池健康状态影响因素研究处于定性研究阶段,这些影响因素对电池老化的定量分析以及各因素相互耦合关系是研究的难点,也是未来电池健康和寿命研究热点。

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