动力电池单体寿命影响因素分析

动力电池单体在充放电循环使用过程中，由于一些不可避免的副反应的存在，可用活性物质逐步减少，性能逐步退化。其退化程度随着充放电循环次数的增加而加剧，其退化速度与动力电池单体充放电的工作状态和环境有着直接的联系。

影响动力电池单体寿命的因素主要包括充电截止电压、充放电倍率、放电深度、环境温度、存储条件、电池维护过程、电流波纹以及过充电量和过充频度等。

①充电截止电压。动力电池在充电过程中一般都伴随有副反应，提高充电截止电压，甚至超过电池电化学电位后进行充电一般会加剧副反应的发生，并导致电池使用寿命缩短，并可能导致电池内部短路损坏，甚至着火爆炸等危险工况的出现。

图4-17 降低充电截止电压对电池容量衰退影响比较图

图4-18 提高充电截止电压对电池容量衰退影响比较图

以某锂离子动力电池为例，图4-17显示了降低充电截止电压对电池容量衰退的影响。由图可知，避免对锂离子电池充电至容量的100%，可以在很大程度上延长锂离子电池的寿命，降低充电截止电压将有效提高电池循环寿命，但代价是降低电池的可用容量。研究表明：充电电压降低100～300mV可以将电池寿命延长2～5倍或者更长时间。图4-18显示了充电截止电压对电池容量衰退的影响。从图4-18中可以看出，充电截止电压即使提高0.05V，对动力电池容量衰退的影响也是巨大的。充电截止电压提高0.15V，就使得动力电池容量保持在800mA·h以上的循环寿命从350次降低到140次。

②放电深度。深度放电会加速动力电池的衰退。表4-3所示为某锂离子动力电池在不同放电深度下的循环寿命数据。从中可以发现，浅充浅放可以有效地提高动力电池的使用寿命。

表4-3 放电深度与循环寿命的对应关系(www.xing528.com)

③充放电倍率。动力电池单体的充放电倍率是其在使用工况下最直接的特征参数，其大小直接影响着动力电池单体的衰退速度。充放电倍率越高，动力电池单体的容量衰退越快。图4-19是在不同充放电倍率下动力电池单体的容量衰退情况，可以看出，同样是0.5C充电，1C放电的电池退化较0.5C放电的严重；同样是1C放电，1C充电的电池退化较0.5C放电的严重。由此可知，动力电池单体大倍率的充放电都会加快其容量的退化速度。如果充放电倍率过大，动力电池单体还可能会出现直接损坏，甚至过热、短路起火等极端现象。

图4-19 不同充放电倍率下动力电池的容量衰退情况

④环境温度。不同的动力电池均有最佳的工作温度范围，过高或过低的温度都将对电池的使用寿命产生影响。图4-20所示为某锂离子动力电池在两种温度条件下采用0.3C充电、0.5C放电的方式进行循环的容量衰减曲线。可以看出，在高温下运行应用的动力电池容量衰减明显大于常温下工作的电池。

图4-20 某10A·h锂离子动力电池不同温度条件下的容量衰减

⑤存储条件。存储过程中，由于电池的自放电、正负极材料钝化、电解液分解蒸发、电化学副反应等因素，将导致电池产生不可逆的容量损失。以锂离子电池为例，在锂离子电池存储期间，石墨负极的副反应是引起锂离子动力电池容量衰减的主要原因。锂离子电池电极材料与电解液在固液相界面上发生反应后，其负极表面会形成一层电子绝缘且离子可导的固体电解质界面膜，这主要是由于电解液在负极表面的还原分解而形成的。这层膜的性质和质量直接影响着电极的充、放电性能和安全性。