鋰電池自放電和過放電現(xiàn)象的研究

來源：存能電氣  日期：2020-04-13 16:56  瀏覽量：次

鋰電池自放電和過放電現(xiàn)象的研究。隨著鋰電池能量密度進一步提高和成本進一步降低，其在電動汽車和儲能領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，鋰電池自放電和過放電一致性對電動汽車和儲能系統(tǒng)的壽命和可靠性有著非常重要的作用，從鋰電池自放電和過放電形成機理、影響因素以及檢測方法等方面對近年來鋰電池自放電和過放電研究成果進行了綜述。

鋰電池自放電現(xiàn)象的研究

自放電是電池在存儲中容量自然損失的一種現(xiàn)象，一般表現(xiàn)為存儲一段時間后開路電壓下降。鋰電池自放電按照反應(yīng)類型可分為物理自放電和化學(xué)自放電。從自放電對電池影響有客將自放電分為兩類：損失容量能夠可逆得到補償?shù)淖苑烹娨约皳p失容量無法可逆得到的補償?shù)淖苑烹?，通常情況下物理自放電導(dǎo)致的容量損失是可逆的，而化學(xué)自放電導(dǎo)致的容量損失是不可逆的。

鋰電池因其本身無污染、比能量高、循環(huán)壽命長等特性被廣泛應(yīng)用在各種儀表和電動汽車上作為能源系統(tǒng)，而鋰電池自放電現(xiàn)象的存在不僅造成電池本身能量的損失，還會因各電池間自放電的不一致性導(dǎo)致鋰電池組壽命減少，容量迅速衰減引起電池管理系統(tǒng)(BMS)對電池荷電狀態(tài)(SOC)的預(yù)測出現(xiàn)較大誤差，電動車控制策略失效，致使電動車電池系統(tǒng)出現(xiàn)過放電的情況。

鋰電池自放電的原因

1.造成可逆容量損失的原因：可逆容量損失的原因是發(fā)生了可逆放電反應(yīng)，原理跟電池正常放電反應(yīng)一致。不同點是正常放電電子路徑為外電路、反應(yīng)速度很快；自放電的電子路徑是電解液、反應(yīng)速度很慢。

2.造成不可逆容量損失的原因：當(dāng)電池內(nèi)部發(fā)生了不可逆反應(yīng)時，所造成的容量損失即為不可逆容量損失的。所發(fā)生不可逆反應(yīng)的類型主要包括：正極與電解液發(fā)生的不可逆反應(yīng)、負極材料與電解液發(fā)生的不可逆反應(yīng)、電解液自身所帶雜質(zhì)引起的不可逆反應(yīng)、制成時雜質(zhì)造成的微短路所引起的不可逆反應(yīng)。

自放電率是衡量鋰電池壽命的重要參數(shù)，而自放電過程發(fā)生在電池內(nèi)部與電池材料和工藝相關(guān)，并隨著環(huán)境溫度、儲存時間、荷電狀態(tài)的變化而變化。對鋰電池自放電實現(xiàn)快速檢測能夠縮短自放電參數(shù)測量的時間周期提高其準(zhǔn)確性，自放電檢測可應(yīng)用于電池組合技術(shù)，在實際應(yīng)用中為電池的一致性研究和分選工作提供新的理論數(shù)據(jù)，進而改善鋰電池的性能。

鋰電池過放電現(xiàn)象的研究

電池放完內(nèi)部儲存的電量，電壓達到一定值后繼續(xù)放電就會造成過放電，通常根據(jù)放電電流來確定放電截止電壓。電池過放可能會給電池帶來災(zāi)難性的后果，特別是大電流過放或反復(fù)過放對電池影響更大，一般而言過放電會使電池內(nèi)壓升高，正負極活性物質(zhì)可逆性受到破壞，即使充電也只能部分恢復(fù)容量也會有明顯衰減。

為了保證石墨層中放電后留有部分鋰離子就要嚴格限制放電終止最低電壓，也就是說鋰電池不能過放電。放電終止電壓通常為3.0V/節(jié)，最低不能低于2.5V/節(jié)。電池放電時間長短與電池容量、放電電流大小有關(guān)，電池放電時間（小時）=電池容量/放電電流；鋰電池放電電流不應(yīng)超過電池容量的3倍，否則會使電池損壞。

鋰電池過放電的影響

1、電池標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的終止電壓值，是電池連續(xù)放電時所達到的電壓值；但實際使用過程中多是斷斷續(xù)續(xù)放電，那么即使放電到規(guī)定的終止電壓值，也往往會出現(xiàn)過放電。

2、當(dāng)電池放電到終止電壓之后，靜置數(shù)分鐘到半小時，電池電壓會自動升高。這就誤導(dǎo)了用戶認為電池仍可繼續(xù)放電，從而造成了電池過放電。

3、電池進行周期治療充放電，雖然可以使電池容量較前一次有所提高，但連續(xù)進行過度深放電不但起不到進一步激活未參加反應(yīng)的活性物質(zhì)的正作用，而且與此相反會引起正板柵腐蝕和一部分α-PbO2向β-PbO2的轉(zhuǎn)化，結(jié)果必然縮短電池的循環(huán)壽命。放電深度越深電池容量下降的就越快，過放電和周期治療產(chǎn)生的副作用就越明顯，電池的循環(huán)壽命就越短。

目前大多數(shù)電子產(chǎn)品的電池都采用鋰電池，鋰電池自1990年問世以來因其卓越的性能得到了迅猛的發(fā)展廣泛地應(yīng)用于社會，鋰電池生產(chǎn)商也因此得到了最大規(guī)模的發(fā)展。不需要將鋰電池充到百分之100滿電，更不要將電量使用殆盡。在情況允許的情況下盡量使電池的電量維持在半滿狀態(tài)附近，充電與放電的幅度越小越好。