Срок старения клетки — это комплексный технический показатель, определяющий время или количество циклов, которые клетка может пройти, чтобы деградировать до заданного порогового значения при определенных условиях.
Старение элементов батареи в основном делится на два основных типа: циклическое старение и календарное старение.
Циклическое старение: Это относится к количеству полных циклов заряда-разряда, которые батарея проходит при многократном использовании, постепенно снижая свою емкость примерно до 801Т3Т от первоначальной емкости. Различные типы литиевых батарей имеют разный срок службы. Основные механизмы включают потерю активного лития и активных материалов. Потеря активного лития в основном происходит из-за непрерывного роста и восстановления пленки SEI на поверхности отрицательного электрода, процесса, который необратимо расходует ионы лития в электролите. Кроме того, в неблагоприятных условиях, таких как низкая температура и высокая скорость зарядки, ионы лития могут осаждаться металлическим литием на поверхности отрицательного электрода, образуя необратимый “мертвый литий”. Потеря активного материала относится к выходу из строя активных материалов положительного и отрицательного электродов из-за структурных повреждений или потери электрического контакта.
Календарный старение: Это относится ко времени, необходимому для того, чтобы батарея достигла конца своего срока службы, даже если она не используется (разомкнутая цепь). Это медленный, зависящий от времени процесс деградации, на который влияют условия окружающей среды (особенно температура). По сути, он включает в себя непрерывные, слабые побочные реакции внутри батареи, такие как крайне медленное утолщение пленки SEI, потребляющее небольшое количество активного лития; незначительное разложение электролита; и медленные реакции на границе раздела между материалом положительного электрода и электролитом. Высокие температуры могут значительно ускорить эти побочные реакции.
Скорость старения элементов батареи не является постоянной; на нее существенно влияют различные внешние воздействия.
Температура: Это наиболее важный фактор окружающей среды. Высокие температуры резко ускоряют рост SEI-пленки, разложение электролита и все другие побочные реакции, сокращая срок службы батареи. Однако низкие температуры (особенно во время зарядки) увеличивают риск осаждения лития, что также приводит к необратимому снижению емкости.
Скорость зарядки/разрядки: Чрезмерный ток заряда/разряда создает множество напряжений. Во время зарядки высокий ток может привести к осаждению ионов лития до того, как они смогут внедриться в графитовый слой; во время разрядки высокий ток может повлиять на структуру материала электрода и потенциально повредить пленку SEI, ускоряя ее восстановление и потребление лития.
Смертельная опасность и диапазон напряжений: Частые циклы глубокой зарядки/разрядки (например, циклы между уровнями заряда 0% и 100%) приводят к более быстрой деградации батареи, чем циклы поверхностной зарядки/разрядки (например, циклы между уровнями заряда 40% и 80%). Длительное поддержание батареи в полностью заряженном состоянии или при высоком напряжении также ускоряет старение материалов и разложение электролита.
Механические различия между батареями NMC/NCA и LFP напрямую приводят к различиям в их фактической производительности:
Различия в сроке службы: Литий-железо-фосфатные (LFP) батареи, благодаря прочным и стабильным катодным материалам, обычно имеют более длительный срок службы (более 2000 циклов), что делает их более подходящими для сценариев, требующих частых циклов зарядки-разрядки и длительного использования. Батареи на основе NMC/NCA имеют относительно более короткий срок службы (приблизительно 500-1500 циклов), но при этом обладают более высокой плотностью энергии.
Различия в показателях старения: Старение батарей NMC/NCA часто проявляется значительным одновременным снижением емкости и увеличением внутреннего сопротивления, поскольку разрушение структуры катода уменьшает как количество ионов лития, так и повышает сопротивление миграции ионов лития. Старение батарей LFP первоначально проявляется медленным снижением емкости благодаря стабильной структуре катода; позже увеличение внутреннего сопротивления может стать значительным, главным образом из-за утолщения пленки SEI на аноде.
Различия в стратегиях использования: Для батарей NMC/NCA: Избегайте хранения в полностью заряженном состоянии, особенно при высоких температурах окружающей среды. Для повседневного использования рекомендуется устанавливать предел заряда на уровне 80%-90%, чтобы снизить нагрузку на катодный материал. Для батарей LFP: Хотя они относительно менее чувствительны к полному заряду, длительного хранения в полностью заряженном состоянии все же следует избегать, особенно в условиях высоких температур.
