以上公式是否适用于锂电池的寿命分析,可以通过测试进行验证。图1是国内锂电池A公司用式(1)和式(2)进行的测试和锂电池寿命推导过程。通过对锂电池在25℃、35℃、45℃和60℃分别进行的容量测试结果分析,得到了该电池的温度加速系数的拟合曲线。从测试和推导过程来看,最终的拟合曲线比较好的反映了测试结果。
从以上锂电池寿命测试及拟合曲线来看,锂电池寿命衰减也符合阿伦尼乌斯方程,即温度每升高一定的值,其寿命降低一半。对A公司测试的这一款产品来说大约温度升高9℃,电池寿命衰减一半。
③锂电池容量衰减模型的问题分析
电池的使用寿命、失效机理和衰减模式息息相关。电池的使用寿命决定于电池的失效机理,由失效机理可以导出电池的衰减模型。不同的失效机理,其寿命表现与衰减模型都不一样(图2)。
目前锂电池技术差异较大,行业内还没有成熟的模型,针对磷酸铁锂电池一种电池类型,行业内也没有成熟的模型。不同厂家电池在相同测试条件下的差异也很大,所以不太可能总结一个完全统一的衰减模型。另外,锂电池存在浮充型、循环型和倍率型等多种使用场景的电池,其设计和使用场景都存在差异。不容易具有统一的衰减模型公式。
因为锂电池材料体系和技术存在较大差异,所以目前难以形成一个统一的计算公式推导锂电池的寿命。但是对锂电池进行多个温度点的测试,然后通过拟合曲线可以推导出锂电池的预期寿命。
④锂电池寿命测试加速因子分析
锂电池寿命测试的加速因子主要有:环境温度、充放电倍率和DOD循环深度。
·环境温度加速因子
锂电池55℃环境循环充放电测试时,电池表面温度实测3个循环达到62℃,15个循环达到相对稳定温度65℃左右。锂电池在80℃以上,内部阳极SEI膜会和电解液反应而被破坏、分解。因此作为加速测试因子的环境温度最高不宜超过60℃。