锂电池的逐渐退化会显著影响其性能和安全性。随着电池老化，副反应和材料降解会降低其储能容量并增加内阻。随着时间的推移，这会导致充电速度变慢、发热量增加以及过热等安全风险。超过 3 亿次测量的实验数据突显了容量保持率曲线是如何因首次寿命衰减而下降的。例如 工业应用了解并解决首次电池寿命故障 (SOH) 对于确保电池保护和可靠性能至关重要。为了减轻高温影响，必须避免极端温度并实施延长电池寿命的策略。
关键精华
经常检查电池健康状况。留意电量耗尽或充电困难等迹象，以便及早发现电池老化。
正确充电。保持电池电量在 20% 到 80% 之间，可以降低压力，延长电池续航时间。
保持温度稳定。锂电池应在15-35°C范围内使用，以免损坏，确保安全。
第一部分：了解锂离子电池老化
1.1 什么是电池老化？
电池老化 是指锂离子电池的性能和容量随时间推移而逐渐下降。这一过程是由各种退化机制引起的，这些机制会影响电池高效存储和输送能量的能力。老化主要分为两种类型：日历老化和循环老化。日历老化是指电池容量随着时间的推移而下降，即使没有主动使用，这通常受高温和高充电状态的影响。另一方面，循环老化则是由反复的充放电循环引起的，这会加速电池内部组件的磨损。
老化类型
描述
日历老化
电池容量在没有循环的情况下随时间的损失，受到温度和充电状态的影响。
循环老化
由于在不同温度下反复充电和放电循环而导致的容量损失。
了解这些过程对于有效分析退化和改善锂离子电池的健康状况至关重要。
1.2 锂离子电池老化为何如此重要
锂离子电池的退化会直接影响其性能、安全性和使用寿命。随着电池老化，其健康状况会下降，导致能量效率降低、内阻增加。这可能导致电池过热，从而增加热失控甚至爆炸的风险。对于可靠性至关重要的工业应用，了解电池的退化机制至关重要。全面的退化分析有助于识别电池退化原因，并优化电池使用，从而延长电池使用寿命并确保安全。
1.3 电池衰减的关键指标
监测电池退化的关键指标对于维持电池性能和安全性至关重要。这些指标包括：
容量损失：电池储能能力明显下降。
内阻增加：这会导致运行过程中功率下降和发热。
电压不规则：充电或放电周期期间电压的波动。
研究人员已经开发出先进的数据集和统计模型来研究这些指标。例如，一个包含 279 个电池和 71 种不同老化条件的数据集已被用来揭示退化机制中隐藏的依赖关系。这些洞察对于提升电池性能和预测电池健康状况至关重要。
第 2 部分：锂离子电池性能下降的原因
2.1 化学反应和电解质分解
锂离子电池内部的化学反应是导致电池性能下降的主要原因。随着时间的推移，这些反应会导致电解质分解并形成固体电解质界面膜 (SEI)。SEI 膜虽然保护阳极，但其生长会消耗锂离子，从而降低电池容量。极稀电解液测试 (ELET) 方法量化了电解质分解对电池寿命的影响。该分析强调，在循环过程中，SEI 膜的生长会加速，导致容量大幅下降，从而直接影响电池性能。
参数
描述
SEI膜厚度
与循环次数近似线性相关，表明其在容量衰减中的作用。
锂镀层厚度
在早期周期中迅速稳定，与这些周期中的性能下降相关。
放电容量衰减
显示出早期和晚期循环之间的显著差异，表明锂离子损失动态。
充电率效应
高充电率会导致锂镀层增加，而中等充电率则不会出现锂镀层。
温度影响
低温会加剧锂电镀，影响降解率。
您可以通过优化充电协议和使用先进的电解质配方来减轻这些影响。这些策略有助于减缓SEI的生长，并延长锂离子电池的使用寿命。
2.2 温度对电池老化的影响
温度对锂离子电池老化的影响不容小觑。高温会加速化学反应，导致电解质分解和SEI膜生长加快。相反，低温会增加锂沉积，从而降低容量并增加安全风险。受控实验表明，电池老化速率会随着温度升高而显著上升。例如，在30°C时，老化速率急剧上升，几次循环后电池容量就会损失一半。
在 35°C 时，电池循环寿命估计范围从 3,000 次循环以上到接近 2,000 次循环。
在 25°C 时，乐观估计约为 3,000 次循环。
在30°C下悲观估计为2,000次循环，而乐观估计为4,000次循环。
与 15°C 和 45°C 相比，LFP 电池的寿命在 45°C 和 60°C 之间下降得更快。
维护 最佳工作温度 至关重要。您应该实施热管理系统，以防止过热并确保稳定的性能。
2.3 充电和放电循环的影响
充放电循环是锂离子电池性能下降的另一个根本原因。每次循环都会对电池内部组件造成磨损。放电深度 (DOD)、充电速率和循环频率都会影响电池性能下降的速度。例如，高充电速率会导致锂沉积，而过度充电或充电不足则会对电极造成压力。
材料成分等内部因素会影响循环过程中的性能。
温度和湿度等外部因素可能会导致热应力或腐蚀。
充电期间电流和电压水平不当可能会导致过度充电或充电不足。
频繁的深度放电会加速磨损，缩短电池的使用寿命。
为了最大限度地减少这些影响，您应该采用最佳充电方法，例如避免极端 DOD 并使用调节电流和电压的智能充电器。
2.4 材料质量和制造工艺的作用
材料质量和制造工艺显著影响锂离子电池的退化速度。材料缺陷或生产过程中的不一致性会导致性能不稳定和老化加快。在线质谱轮廓仪和拉曼光谱等先进技术通过识别缺陷并确保一致性，提高了质量控制水平。
技术
描述
对电池衰减率的影响
在线质谱轮廓仪
实时测量电极上活性物质的质量负载。
降低废品率并确保均匀性，影响降解。
拉曼光谱学
分析涂层中的缺陷浓度。
帮助识别可以增强电化学性能的缺陷。
改进的检测方法，例如3D X射线成像，在检测可能影响电池性能的缺陷方面也发挥着关键作用。通过投资高质量的材料和先进的制造技术，您可以显著减少导致性能下降的根本原因，并提高锂离子电池的可靠性。
第 3 部分：电池老化对性能和安全性的影响
3.1 容量损失和能源效率降低
随着锂离子电池的老化，容量损失成为最显著的影响之一。容量的降低会直接影响能源效率，限制电池有效存储和输送电能的能力。您可能会发现，老化的电池需要更频繁地充电，这会降低运行效率，尤其是在工业应用中。
研究强调了分析电池退化模式对于准确预测电池寿命的重要性。传统的方法仅仅关注容量衰减和功率衰减，往往无法提供完整的信息。相反，整合多种退化机制可以更全面地了解电池随时间的性能。
降解研究的主要发现包括：
分析多种退化模式以准确预测寿命的必要性。
传统方法仅考虑容量和功率衰减的不足。
全面建模对于提高电池性能预测的重要性。
电阻型
变更说明
对容量下降的影响
R0
最小增加
表示性能稳定
R1
加速上涨
建议增加SEI层厚度
R2
最高增幅
与容量显著衰减相关
了解这些趋势可以让您实施更好的维护实践，确保延长锂电池的寿命，同时保持能源效率。
3.2 内阻增大，功率下降
锂离子电池老化会导致内阻上升，从而导致功率下降。内阻的上升是由于电池内部组件的变化造成的，例如SEI层的生长和电极材料的降解。因此，电池高效输出功率的能力会下降，从而影响其整体性能。
为了测量内阻，研究人员使用先进的技术，为电池老化提供有价值的见解：
测量技术
描述
直流电（DC）方法
包括脉冲功率测试和混合脉冲功率特性 (HPPC) 测试。
交流电（AC）方法
利用电化学阻抗谱 (EIS) 和脉冲多正弦测量。
时间尺度的影响
电阻测量根据所采用技术的时间尺度而有很大差异。
通过监测内阻，您可以发现电量衰减的早期迹象，并采取纠正措施来优化电池性能。定期维护和使用先进的诊断工具对于减轻内阻增大的影响至关重要。
3.3 安全风险：过热和热失控
老化的锂离子电池会带来严重的安全风险，包括过热和热失控。这些风险源于电池内部随时间推移发生的化学和物理变化。例如，电解质的分解和SEI膜的生长会在运行过程中产生过热。在极端情况下，这些热量可能引发热失控，从而导致火灾或爆炸的风险。
实证研究为锂离子电池的热安全性提供了宝贵的见解：
对大尺寸电池的研究强调了不同加热条件下的热失控特性。
电化学-热耦合模型可预测热失控事件，为评估过热风险提供统计框架。
浅过放电场景的研究有助于了解老化电池的热安全性。
实验研究评估了不同的加热方法如何影响热失控行为。
这项研究的标题 “锰基锂离子电池安全性评估“ 讨论了电池尺寸和容量如何影响热失控风险。强调了热管理系统在防止过热和确保安全方面的重要性。
为了最大限度地降低这些风险，您应该实施强大的热管理系统，并遵循最佳的充放电方法。这些措施不仅可以提高安全性，还可以延长锂电池的使用寿命。
3.4 对工业锂离子电池组的影响
在工业应用中，锂离子电池组的老化影响深远。容量衰减和功率衰减会干扰运营，导致停机时间增加和维护成本上升。此外，电池老化带来的安全风险，例如过热和热失控，也给工业基础设施带来了重大挑战。
对工业电池组的全面分析揭示了以下见解：
方面
信息
学习重点
锂离子电池组的老化和容量衰减
研究方法
用于分析的实验数据和预测模型
主要发现
容量退化的概率预测 以及衰老过程中的不一致性演化
时间效率
与传统方法相比，老化实验节省了 85% 以上的时间
电池规格
LiFePO4（LFP）正极，标称容量100Ah，在不同温度和电流速率下老化
锂离子电池二次寿命的衰减率 取决于其首次寿命期间退化的根本原因。具有相似首次寿命健康状态 (SoH) 和退化原因的电池在其第二次寿命中表现出相似的退化率。这凸显了了解退化根本原因对于工业应用的重要性。
为了应对这些挑战，您应该投资先进的电池管理系统和预测性维护策略。这些解决方案有助于优化电池性能、减少停机时间并确保工业锂离子电池组的安全。如需根据您的工业需求定制解决方案，请考虑咨询以下专家： Large Power.
第四部分：缓解锂电池逐渐退化的策略
4.1 充电和放电的最佳实践
采用正确的充放电方法可显著延长锂离子电池的使用寿命。应将充电状态 (SOC) 保持在 20% 至 80% 之间，以减少对电池化学性能造成的压力。避免隔夜充电，因为长时间处于满电状态会加速电池性能下降。在电池电量低于 20% 之前进行充电，以保持电池完整性。
最佳充电和放电的其他提示：
尽可能避免充电至 100%。
降低屏幕亮度并关闭不必要的应用程序以节省电量。
通过偶尔让设备休息来实现负载平衡。
这些做法与研究结果一致，强调了循环频率和放电深度（DoD）对于维持电池健康的重要性。
4.2 锂离子电池的温度控制
温度波动是导致电池性能下降的主要原因。保持 15-35°C 的最佳温度范围可以最大程度地降低电池老化速度。高温会加速电解液分解，而低温则会加剧锂离子的析出。
查找
描述
老化率的影响
温度和放电率会显著影响电池老化。
最佳温度范围
15-35°C 是延长电池寿命的理想温度。
降解加速
极端温度会加速降解速度。
您可以实施热管理系统来调节温度并防止过热。这种方法可确保始终如一的性能和安全性。
4.3 定期监测和维护
定期监测容量损失和内阻等关键指标，有助于您发现电池性能下降的早期迹象。先进的诊断工具，例如电化学阻抗谱 (EIS)，可以精确测量电池的健康状况。定期维护，包括清洁端子和检查连接，可以进一步提高电池的可靠性。
4.4 先进的电池管理系统 (BMS)
现代 BMS 技术在以下方面发挥着关键作用 缓解电池退化这些系统实时监控电压、温度和充电状态。开路检测和电池平衡算法等功能确保了运行的安全性和效率。
专栏
描述
SOC算法
提供精确的充电状态估计。
SOH算法
跟踪容量损失和内部阻力，以进行准确的健康评估。
实时监控
捕获关键数据以防止故障。
投资先进的 BMS 解决方案可确保锂离子电池的最佳性能并延长其使用寿命。如需定制解决方案，请咨询 Large Power.
了解锂离子电池性能下降的原因和影响对于保持电池性能和安全性至关重要。老化会降低电池容量、增加电阻，并增加过热等安全风险。优化充电方式和温度控制等主动措施有助于缓解这些问题并延长电池寿命。
回收利用技术的进步使生态影响减少了 58%。
适当的处置可以防止危险废物和环境污染。
生命周期管理提高了可持续性和安全性。
通过解决退化问题，您可以确保可靠的能源存储并最大限度地降低环境风险。
常见问题
1. 如何判断锂离子电池是否老化？
您可以通过容量降低、充电时间增加、过热或运行期间电压波动等迹象来识别电池老化。常规监控工具可以确认这些问题。
2、快充会加速电池老化吗？
是的，快速充电会增加电池的热量和压力，从而加速电池性能下降。使用适度的充电速率可以延长电池寿命并确保安全。
3. 储存锂离子电池最安全的方法是什么？
请将电池存放在阴凉干燥处，电量保持在 40-60%。避免极端温度和阳光直射，以最大程度地降低电池性能，确保长期安全。