由于电池老化过程中内部的化学变化，锂离子电池的容量会有所损失。 电化学模型显示SEI层生长锂沉积和电极老化会导致容量衰减，缩短电池寿命。外部因素也会影响电池性能和整体寿命，因此电池管理对于锂电池容量损失至关重要。
关键精华
锂电池容量衰减主要是由于SEI层生长、锂沉积和电极磨损等内部变化导致电池保持电量的能力降低。
您可以通过控制温度、使用适当的充电方法以及在阴凉环境中存放部分充电的电池来延长电池寿命。
强大的电池管理系统有助于监控电池健康状况、防止过度充电、优化使用情况以减缓容量损失并提高可靠性。
第一部分：导致锂电池组容量损失的原因
了解导致锂电池组容量衰减的原因，对于优化关键业务应用的性能并延长使用寿命至关重要。锂离子电池的容量衰减是由于内部化学变化和运行应力共同作用的结果。让我们来分析一下驱动这一过程的主要机制。
1.1 锂离子电池：离子运动
使用锂离子电池组时，锂离子在充电和放电循环中会在阳极和阴极之间穿梭。这种运动实现了能量的存储和释放。随着时间的推移，反复的循环会导致电池内部结构逐渐发生变化。您会注意到，随着循环次数的增加，电池容量开始下降，最终导致电池容量不足以满足您的应用需求。
统计研究证实了这一趋势：
Spearman相关系数分析表明，健康指标与锂离子电池容量之间存在非常强的相关性（绝对SCC>0.99），证实了容量衰减。
在 25°C 下对商用 NMC 锂电池单元进行的实验循环测试表明，随着循环次数的增加，容量明显下降，最终达到故障阈值（标称容量的 80%）。
这些结果与预测模型和现实世界的观察结果一致，强调了锂离子电池容量衰减的必然性。
1.2 SEI层生长
在最初几次循环中，阳极表面会形成固体电解质界面膜 (SEI)。随着电池的持续使用，该膜会不断增厚和演变。SEI 膜的生长是导致锂电池组容量损失的主要原因之一。
多尺度成像和化学分析表明，SEI 层从薄纳米膜生长到微米级结构，尤其是在先进阳极中的硅域周围。
这种生长会捕获锂离子，使其无法用于储存能量并导致容量损失。
元素映射显示 SEI 中的锂、氧和氟增加，表明正在发生的化学变化导致性能降低。
电化学建模表明，SEI 生长会消耗锂离子浓度并降低锂化速率，从而将 SEI 演变与容量衰减直接联系起来。
基于深度学习的微观结构分析表明，经过 50 次循环后，活性域中的硅体积分数损失高达 300%，锂被困在改变的硅核附近。
提示： 您可以通过优化充电协议和保持适当的温度来减缓 SEI 的增长，这有助于减少电池组中电池容量不足的情况。
1.3 镀锂
锂沉积是指金属锂沉积在阳极表面，尤其是在快速充电或低温条件下。这一过程是导致锂电池组容量损失的主要原因。
锂沉积会导致可逆和不可逆容量衰减。不可逆沉积会损坏SEI层，消耗活性锂，并增加内阻。
使用先进成像技术的实验研究 证实金属锂会发生电隔离，导致活性锂的永久性损失和进一步的容量衰减。
由于电镀而形成的较厚、多孔的 SEI 层会抑制离子流动，从而降低电池性能并加速电池退化。
锂镀层产物的积累会引发突然的容量损失事件，即所谓的膝点效应。
注意： 避免在高速率或低温下充电，以尽量减少锂镀层并延长锂离子电池组的使用寿命。
1.4 电极老化
电极老化是导致锂电池组容量损失的另一个关键因素。随着时间的推移，电极中的活性物质会分解、溶解或与集流体失去接触。
定量分析利用不同 C 速率下的容量差异方差来检测电池退化的拐点，区分自限模式和加速模式。
该方法使您能够评估单个细胞的健康状况并支持有关细胞再利用或回收的决策。
分析模型根据电极厚度和放电率预测和优化倍率能力，为电池级电池设计和电池组优化提供见解。
方面 | 描述 |
|---|---|
型号型号 | |
关键变量 | 电极厚度、放电率 |
应用领域 | 电池级电池设计和优化 |
观点洞察 | 倍率性能受电极材料性能影响 |
1.5 副反应
电池内部的副反应也是造成锂电池组容量损失的原因之一。这些副反应包括电解质分解、气体形成以及过渡金属从阴极溶解。
这些反应会消耗活性锂和电解液，导致电池容量不足、内阻增大。
锂库存损失（LLI）、活性材料损失（LAM）和电解质损失（LE）都会导致容量衰减。
电池管理系统 (BMS) 在监控这些过程和优化工作条件以减缓电池退化方面发挥着关键作用。 了解有关 BMS 操作和组件的更多信息。
行业洞察： 全面回顾 自然 强调电池性能下降源于复杂的内部反应，并受设计、生产和使用条件的影响。您应该在电池的整个生命周期中（从电芯设计到二次寿命应用）考虑这些因素。
统计和环境证据
下表列出了环境条件对锂电池组容量损失的影响：
Condition | 衰减率（容量衰减） | 笔记 |
|---|---|---|
室温（0.5℃） | 每小时 0.005% | 基线降解率 |
高温（0.5℃） | 每小时 0.07% | 降解率比室温高14倍 |
低温（-25°C，2C 速率） | 增加锂电镀和枝晶生长 | 导致容量衰减和内部短路风险 |
低温（0.4C 率） | “死锂”矿床的形成 | 造成不可逆的容量损失 |
低温暴露（24小时） | 随着循环速率的提高和暴露时间的延长，降解速度会加快 |
您必须管理温度、充电/放电率和存储条件，以最大限度地减少容量衰减并避免锂离子电池组的电池容量不足。
第二部分：加速锂电池容量损失的因素
2.1 温度效应
您必须控制温度才能保护锂离子电池组的使用寿命。高温会加速锂沉积和SEI层的生长，导致容量快速衰减。例如，研究表明 40°C与 25°C 或 0°C 相比，锂库存损失显著增加。下表总结了影响：
温度 | 产能损失趋势 | 关键降级机制 |
|---|---|---|
0℃， | 放慢 | SEI轻微增长 |
25℃， | 中 | 平衡的 SEI 和电镀 |
40℃， | 快速 | 加速电镀和 SEI 生长 |
将电池温度保持在 30°C 以下有助于减缓电池性能下降并延长电池寿命。
2.2 过度充电和高电压
过度充电或使用过高的截止电压会损坏您的电池组。您会看到内阻增加、能量密度降低，以及锂沉积风险增加。实验数据证实，过度充电会导致温度急剧升高和机械应力，从而引发安全问题。请务必使用可靠的电池管理系统 (BMS)，以防止过度充电并保护您的投资。
2.3 充电/放电率
高倍率充电和放电会加速电池性能的下降。研究表明，快速充电（尤其是在低温下）会导致锂离子沉积为金属锂，从而缩短循环寿命。高倍率放电还会增加电池内阻和容量损失。您应该优化充电方案，避免出现高电流尖峰，以最大限度地提高电池性能。
2.4 储存条件
合适的储存条件对电池寿命至关重要。在高电量或高温环境下储存电池组会加速老化。受控实验表明，热管理系统（例如相变材料）有助于调节温度并延长循环寿命。为获得最佳效果，请在部分充电状态下将电池组储存在阴凉干燥的环境中。
2.5 深度循环与部分循环
深度循环（完全充电到完全放电）会缩短电池寿命。 部分骑行例如，在 25% 到 75% 的充电状态下运行，可以让电池组在容量降至 80% 以下之前完成更多循环。行业数据显示，部分循环可以使电池组的使用寿命几乎翻倍。
2.6 日历老化
即使不使用，锂离子电池也会随着时间推移而老化。日历老化是由电池内部持续发生的化学反应引起的。您可以将电池组存放在适宜的温度下并保持部分充电状态，从而减缓这一过程。
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由于SEI膜生长、锂沉积和电极退化，电池容量会下降，这些因素都会缩短电池寿命。研究表明，日历老化也会降低电池容量。 追踪长达 13 年的商业蜂窝数据:
Röder 等人 (2014) 和 Schmitt 等人 (2017) 证实，即使不循环，日历老化也会影响电池寿命和电池容量。
较高的温度和充电状态会加速电池容量的损失并缩短电池寿命。
您可以通过优化充电、控制温度和妥善存放电池组来延长电池寿命。正在进行的研究旨在提升关键业务应用的电池容量和电池寿命。
常见问题解答
1. 电池组中使用的充电电池容量损失的主要原因是什么？
充电电池的容量损失主要源于SEI膜生长、锂沉积和电极退化。这些过程会减少可用的锂，并限制电池组的性能。
2. 如何延长关键业务应用中可充电电池的使用寿命？
您应该优化充电协议、控制温度，并在电池组处于部分充电状态时进行存储。定期监控和强大的 BMS 有助于最大限度地延长可充电电池的使用寿命。
3、为什么电池组中的充电电池在高温环境下性能下降得更快？
高温会加速充电电池内部的化学反应，从而加速SEI膜的生长和锂的沉积，导致容量损失更快，并降低电池组的可靠性。
如需有关充电电池的定制解决方案和专家建议，请联系 Large Power“ 定制团队.
