Staranje litijevih baterij je dolgotrajen postopen proces, na zdravje baterije pa vplivajo različni dejavniki, kot so temperatura, hitrost toka in izklopna napetost. Trenutno je nekaj dosežkov doseženih pri raziskavah in analizi modeliranja zdravstvenega stanja baterije. Sorodne raziskave vključujejo mehanizem razgradnje baterije in analizo dejavnikov staranja, upravljanje zdravja baterije, spremljanje in ocenjevanje stanja baterije, napovedovanje življenjske dobe baterije itd.
Vendar pa še vedno manjka relativno popoln povzetek in pregled ocene zdravstvenega stanja litijeve baterije. Ta članek sistematično predstavlja status raziskav in napredek zdravstvenega stanja baterije s petih vidikov: definicija, dejavniki vpliva, model vrednotenja, raziskovalne težave in raziskovalni pomen zdravstvenega stanja baterije.
1. Opredelitev zdravstvenega stanja baterije
Baterija SOH označuje sposobnost trenutne baterije za shranjevanje električne energije glede na novo baterijo in predstavlja stanje baterije od začetka do konca njene življenjske dobe v obliki odstotkov. Obstaja veliko indikatorjev učinkovitosti baterij. Obstaja veliko definicij SOH doma in v tujini, vendar je premalo enotnosti koncepta. Trenutno se definicija SOH odraža predvsem v več vidikih, kot so zmogljivost, električna energija, notranji upor, časi ciklov in konična moč.
1 Opredelitev zmogljivosti SOH
Obstaja večina literature o definiciji SOH z upadom kapacitete baterije, definicija SOH pa je podana takole: V formuli: Caged je trenutna zmogljivost baterije; Crated je nazivna zmogljivost baterije.
2 Definicija električne energije SOH
Opredelitev SOH za porabo električne energije je podobna definiciji kapacitete, saj ima nazivna kapaciteta baterije dejansko efektivno kapaciteto in največjo kapaciteto, dejanska zmogljivost baterije pa se nekoliko razlikuje od nazivne nazivne kapacitete, zato nekatera literatura opredeljuje SOH z vidika zmogljivosti praznjenja baterije.
3 Notranji upor definira SOH
Povečanje notranjega upora baterije je pomembna manifestacija staranja baterije in je tudi razlog za nadaljnje staranje baterije. Veliko literature uporablja notranji upor za opredelitev SOH.
4 Število preostalih ciklov določa SOH
Poleg uporabe indikatorjev zmogljivosti akumulatorja, kot sta zmogljivost in notranji upor za določanje SOH, obstaja tudi literatura, ki definira SOH akumulatorja s številom preostalih ciklov akumulatorja
Definicije SOH za zgornje štiri vrste baterij so v literaturi razmeroma pogoste. Opredelitev zmogljivosti in električne energije je zelo uporabna, vendar je zmogljivost zunanja zmogljivost baterije, medtem ko uporabnost definicije notranjega upora in preostalih časov ni močna. Notranji upor je povezan s SOC in temperaturo in ga ni enostavno izmeriti. Število preostalih ciklov in skupno število ciklov ni enostavno izmeriti. ni mogoče natančno predvideti.
2. Dejavniki, ki vplivajo na zdravstveno stanje litijevih baterij
V zadnjih letih je veliko domačih in tujih literatur preučevalo mehanizem in zakonitost staranja litijevih baterij. Na splošno velja, da so odlaganje litijevih ionov, zgostitev SEI filma in izguba aktivnih materialov glavni razlogi za staranje baterije in upad zmogljivosti. Zloraba litijevih baterij bo pospešila staranje baterije, normalno polnjenje in praznjenje baterij pa bo prav tako vplivalo na zdravje baterije in pospešilo staranje baterije.
1 Vpliv temperature na SOH baterije
Temperatura na splošno velja za glavni dejavnik, ki vpliva na zdravje baterije. Temperatura ima dvojni vpliv na delovanje baterije. Po eni strani bo visoka temperatura pospešila kemično reakcijo v bateriji ter izboljšala učinkovitost in delovanje baterije. Hkrati bo visoka temperatura pospešila tudi nekatere nepopravljive kemične reakcije. Pride do reakcije, ki povzroči zmanjšanje aktivnega materiala baterije, kar povzroči staranje in upad zmogljivosti baterije. Eksperimentalni podatki kažejo, da bo visoka temperatura pospešila rast filma SEI na baterijski elektrodi, težave pri prodiranju litijevih ionov v film SEI pa se bodo povečale, kar je enakovredno povečanju notranjega upora baterije.
2 Vpliv stopnje polnjenja in praznjenja na SOH baterije
Hitrost polnjenja in praznjenja vplivata na življenjsko dobo baterije. Baterija Sony 18650 je bila testirana v 300 ciklih pri treh različnih stopnjah praznjenja. Istočasno bo visoko hitrost praznjenja ustvarila več toplote v bateriji, kar bo pospešilo staranje baterije. Pod elektronskim mikroskopom opazimo, da je film SEI na površini elektrode akumulatorja z visoko hitrostjo praznjenja debelejši kot pri nizki hitrosti praznjenja.
3 Vpliv globine izpraznjenosti na SOH baterije
Globina napolnjenosti in izpraznjenosti baterije vpliva na zdravje in staranje baterije. Domneva se, da je baterija akumulirala skupno energijo prenosa, analiza upadanja zmogljivosti in staranja baterije pa se izvaja na podlagi skupne energije prenosa. Gao Fei idr. analiziral razmerje med akumulirano prenosno energijo baterije in upadanjem zmogljivosti baterije s cikličnimi preskusi različnih globin praznjenja litijevih baterij in ugotovil, da preden zmogljivost baterije pade na 85 %, je akumulativna prenosna energija baterije pri globokem polnjenju in globokem praznjenju ter upadu zmogljivosti baterije. Oba načina plitkega polnjenja in plitkega praznjenja sta v bistvu enaka. Ko se zmogljivost baterije zmanjša na 85 % ~ 75 %, sta akumulirana energija prenosa in energetska učinkovitost baterije boljši od načina plitvega polnjenja in plitvega praznjenja.
4 Vpliv intervala cikla na SOH baterije
Interval ciklov polnjenja in praznjenja baterije bo prav tako vplival na proces staranja baterije. Notranji upor baterije za polnjenje in praznjenje je različen za različne intervale ciklov. Zato sta toplota in reakcija baterije med ciklom nekoliko drugačni, kar bo dolgoročno vplivalo na zdravje in staranje baterije. Zato nekateri strokovnjaki menijo, da je razpon SOC baterije 20 %~80 %, kar je koristno za zdravje in življenjsko dobo baterije.
5 Vpliv mejne napetosti polnjenja in praznjenja na SOH baterije
Prekomerna in prekomerna izpraznjenost baterije bo vplivala na zdravje baterije, neustrezna zgornja in spodnja meja napetosti pa bo vplivala na baterijo. Nižja kot je izklopna napetost praznjenja, večji je notranji upor baterije, kar ima za posledico notranje segrevanje baterije, povečane stranske reakcije, zmanjšanje aktivnih materialov baterije in zrušitev negativne grafitne plošče, pospešeno staranje in upad zmogljivosti baterijo. Prekomerna izklopna napetost polnjenja povzroči povečanje notranjega upora baterije, notranja toplota baterije se poveča, prekomerno polnjenje pa povzroči pojav "obarjanja litija" negativne elektrode in ustrezno povečanje stranskih reakcij, kar vpliva na zmogljivost in staranje baterije.
Če povzamemo, bodo delovna temperatura, stopnja polnjenja in praznjenja, globina praznjenja, interval cikla in mejna napetost polnjenja in praznjenja baterije vplivali na zdravje in življenjsko dobo baterije. Trenutno so raziskave o dejavnikih, ki vplivajo na zdravstveno stanje baterije, v fazi kvalitativne raziskave. Kvantitativna analiza teh dejavnikov, ki vplivajo na staranje baterije, in razmerje povezovanja med temi dejavniki predstavljata težave pri raziskavah in raziskovalno žarišče zdravja in življenjske dobe baterije v prihodnosti.
