【正文】 池的失效機(jī)理 鋰離子動力電池的性能 鋰離子動力電池的應(yīng)用 概述 鋰離子電池根據(jù)正極材料的不同，分為鈷酸鋰鋰離子電池、錳酸鋰鋰離子電池、磷酸鐵鋰鋰離子電池和三元材料鋰離子電池等；根據(jù)所用電解質(zhì)材料不同，分為液態(tài)鋰離子電池 (LithiumIon Battery, LIB)和聚合物鋰離子電池 (Polymer LithiumIon Battery, LIP)兩大類。 Mn的溶解是尖晶石鋰離子電池容量衰減的重要原因，在這一點學(xué)界已經(jīng)基本達(dá)成共識，但是對于 Mn的溶解機(jī)理卻存在多種不同的解釋。 (4)過充電造成的容量損失 電池在過充電時，會造成負(fù)極鋰的沉積、電解液的氧化以及正極氧的損失。以額定容量 100Ah鋰離子電池為例，采用恒流限壓方式，記錄充電截止條件是充電電流下限為 1A的充電參數(shù)，見表42。試驗參數(shù)見表 41，充電曲線如圖 46所示。 圖 47 鋰離子電池 100A()放電過程的曲線 以某額定容量 200 鋰離子電池為例。無論是什么結(jié)構(gòu)的鋰離子電池，電極制造、電池裝配等制造過程都會對電池的安全性產(chǎn)生影響。 (2)在交通行業(yè)的應(yīng)用 隨著社會文明的進(jìn)步，人們的保環(huán)意識提高并對環(huán)境的要求日益高漲。在航天領(lǐng)域，鋰離子電池已經(jīng)用于地球同步軌道衛(wèi)星和低軌道通信衛(wèi)星，作為發(fā)射和飛行中校正、地面操作的動力。 ? 鎳氫電池以其高功率密度、耐久性好的優(yōu)點，曾在混合動力電動汽車上廣泛應(yīng)用，如日本豐田公司的普銳斯（ Prius）混合動力電動汽車采用的就是 288V、 。 SOC用來提示動力電池組剩余電量，是計算和估計電動汽車?yán)m(xù)駛里程的基礎(chǔ)。 (5)熱管理 熱管理主要用于電池工作溫度超高時對電池進(jìn)行冷卻，低于適宜工作溫度下限時對電池進(jìn)行加熱，使電池處于適宜的工作溫度范圍內(nèi)，并在電池工作過程中保持電池單體間溫度均衡。 ② 放電深度。由此可知，動力電池單體大倍率的充放電都會加快其容量的退化速度。以鋰離子電池為例，在鋰離子電池存儲期間，石墨負(fù)極的副反應(yīng)是引起鋰離子動力電池容量衰減的主要原因。充放電倍率越高，動力電池單體的容量衰退越快。 ⑤ 存儲條件 存儲過程中，由于電池的自放電、正負(fù)極材料鈍化、電解液分解蒸發(fā)、電化學(xué)副反應(yīng)等因素，將導(dǎo)致電池產(chǎn)生不可逆的容量損失。這種連接方式，會使低壓電池容量小幅增加的同時高壓電池容量急劇降低，能量將損耗在互充電過程中而達(dá)不到預(yù)期的對外輸出。 ①提高電池制造工藝水平，保證電池出廠質(zhì)量，尤其是初始電壓的一致性。 ⑧采用電池組均衡系統(tǒng)，對電池組充放電進(jìn)行智能管理。即容量不一致導(dǎo)致的放電深度差異。在串聯(lián)組中電流相同，所以有的電池在最佳放電電流工作，而有的電池達(dá)不到或超過了最佳放電電流。 ④對使用中發(fā)現(xiàn)的容量偏低的電池，進(jìn)行單獨維護(hù)性充電，使其性能恢復(fù)。 (1)電池一致性的分類 圖 421 并聯(lián)電壓不一致性 電壓不一致的主要影響因素在于并聯(lián)組中電池的互充電，當(dāng)并聯(lián)組中一節(jié)電池電壓低時，其他電池將給此電池充電。 動力電池的一致性與電池組壽命 不一致性主要表現(xiàn)在兩方面： ① 在制造過程差異引起的單體原始差異：由于工藝上的問題和材質(zhì)的不均勻，使得電池極板活性物質(zhì)的活化程度和厚度、微孔率、連條、隔板等存在很微小的差別，這種電池內(nèi)部結(jié)構(gòu)和材質(zhì)上的不完全一致性，就會使同一批次出廠的同一型號電池的容量、內(nèi)阻等參數(shù)不可能完全一致。 ④ 環(huán)境溫度 圖 420 某 10A 圖 417 降低充電截止電壓對電 池容量衰退影響比較圖 ① 充電截止電壓 ① 充電截止電壓 圖 418 提高充電截止電壓對電 池容量衰退影響比較圖 ② 放電深度 表 43 放電深度與循環(huán)壽命的對應(yīng)關(guān)系 深度放電會加速動力電池的衰退。圖 420所示為某鋰離子動力電池在兩種溫度條件下采用 、 的方式進(jìn)行循環(huán)的容量衰減曲線。 動力電池單體壽命的影響因素 ③ 充放電倍率。在電池組各個電池之間設(shè)置均衡電路，實施均衡控制是為了使各單體電池充放電的工作情況盡量一致，提高整體電池組的工作性能。 (3)能量管理 能量管理主要包括以電流、電壓、溫度、 SOC和 SOH為輸入進(jìn)行充電過程控制，以 SOC、 SOH和溫度等參數(shù)為條件進(jìn)行放電功率控制兩個部分。 基本構(gòu)成 圖 413 電池管理系統(tǒng)的電氣連接 電池管理系統(tǒng)也能通過 CAN總線與組合儀表及充電機(jī)等進(jìn)行通訊，實現(xiàn)參數(shù)顯示、充電監(jiān)控等功能。鉛酸電池單體內(nèi)還有鏈條、極柱、液面指示器等零部件。在國內(nèi)眾多汽車研制和生產(chǎn)企業(yè)開發(fā)的電動汽車車型大部分采用鋰離子電池。 (2)安全性 涂布加熱溫度過低或烘干時間不足，會使溶劑殘留，黏結(jié)劑部分溶解，造成部分活性物質(zhì)容易剝離；溫度過高可能造成黏結(jié)劑炭化，活性物質(zhì)脫落形成電池內(nèi)短路。這些反應(yīng)產(chǎn)生的大量熱量如不能及時散到周圍環(huán)境中，必將導(dǎo)致電池內(nèi)熱失控的產(chǎn)生，最終導(dǎo)致電池的燃燒、爆炸。在圖 46中，曲線從左到右放電容量依次增加。鋰離子電池充電的最高限壓值根據(jù)正極材料不同而有一定的差別。試驗參數(shù)見表 41，充電曲線如圖 46所示。 (6)SEI界面膜的形成 因界面膜的形成而損失的鋰離子將導(dǎo)致兩極間容量平衡的改變，在最初的幾次循環(huán)中就會使電池的容量下降。 JT效應(yīng)多發(fā)生在過放電階段；在起始材料中加入過量的鋰、摻雜 Ni、 Co、 Al等陽離子或者 S等陰離子可以有效的抑制 JT效應(yīng)。 (4)自放電小 鋰離子電池月自放電率僅為總電容量的 5~9%，大大緩解了傳統(tǒng)的二次電池放置時由自放電所引起的電能損失問題。 ② 鉛系列電池，如鉛酸電池。 ③ 中性電池：以鹽溶液為介質(zhì)的電池，如鋅錳干電池、海水激活電池等。開發(fā)和研制高效、低成本的電池是電動汽車發(fā)展的關(guān)鍵。 (9)自放電率 自放電率是指電池在存放時間內(nèi)，在沒有負(fù)荷的條件下自身放電，使得電池的容量損失的速度，用單位時間（月或年）內(nèi)電池容量下降的百分?jǐn)?shù)來表示。在電動汽車應(yīng)用方面，電池的質(zhì)量比能量影響電動汽車的整車質(zhì)量和續(xù)駛里程，而體積比能量影響到電池的布置空間。極化內(nèi)阻與活性物質(zhì)的本性、電極的結(jié)構(gòu)、電池的制造工藝有關(guān)，尤其與電池的工作條件密切相關(guān)，放電電流和溫度對其影響很大。充電時充電的端電壓高于電動勢和開路電壓。 法拉第定律指出：電流通過電解質(zhì)溶液時，在電極上發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的物質(zhì)的量與通過的電量成正比。動力電池在沒有負(fù)載情況下的端電壓叫開路電壓。第 4章 動力電池系統(tǒng) 動力電池簡介 鋰離子動力電池 其他電池 動力電池管理系統(tǒng) 動力電池組的使用壽命 動力電池的梯次利用與回收 動力電池簡介 動力電池的基本結(jié)構(gòu) 動力電池的基本參數(shù) 動力電池分類 動力電池的基本結(jié)構(gòu) ?電池是一種把化學(xué)反應(yīng)所釋放的能量直接轉(zhuǎn)變成直流電能的裝置。動力電池接上負(fù)載后處于放電狀態(tài)下的電壓稱為負(fù)載電壓，又稱為工作電壓