L'invecchiamento delle batterie al litio è un processo graduale a lungo termine e la salute della batteria è influenzata da vari fattori quali temperatura, velocità di corrente e tensione di interruzione. Al momento, sono stati raggiunti alcuni risultati nella ricerca e nell’analisi modellistica dello stato di salute della batteria. La ricerca correlata include il meccanismo di degrado della batteria e l'analisi del fattore di invecchiamento, la gestione dello stato della batteria, il monitoraggio e la stima dello stato della batteria, la previsione della durata della batteria, ecc.
Tuttavia, mancano ancora un riepilogo e una revisione relativamente completi della valutazione dello stato di salute delle batterie al litio. Questo documento introduce sistematicamente lo stato della ricerca e il progresso sullo stato di salute delle batterie sotto cinque aspetti: definizione, fattori che influenzano, modello di valutazione, difficoltà di ricerca e significato della ricerca sullo stato di salute delle batterie.
1. Definizione dello stato di salute della batteria
Il SOH della batteria caratterizza la capacità della batteria attuale di immagazzinare energia elettrica rispetto alla nuova batteria e rappresenta lo stato della batteria dall'inizio alla fine della sua vita sotto forma di percentuale. Esistono molti indicatori di prestazione delle batterie. Esistono molte definizioni di SOH in patria e all’estero, ma manca un concetto unitario. Allo stato attuale, la definizione di SOH si riflette principalmente in diversi aspetti quali capacità, elettricità, resistenza interna, tempi di ciclo e potenza di picco.
1 Definizione di capacità SOH
Esistono molte letterature sulla definizione di SOH in base al decadimento della capacità della batteria e la definizione di SOH è data come segue: Nella formula: In gabbia è la capacità attuale della batteria; Crated è la capacità nominale della batteria.
2 Definizione di elettricità SOH
La definizione di SOH per il consumo di elettricità è simile alla definizione di capacità, perché la capacità nominale della batteria ha la capacità effettiva effettiva e la capacità massima, e la capacità effettiva della batteria è leggermente diversa dalla capacità nominale nominale, quindi alcune letterature definiscono SOH dal punto di vista della capacità di scarica della batteria.
3 La resistenza interna definisce l'SOH
L'aumento della resistenza interna della batteria è un'importante manifestazione dell'invecchiamento della batteria ed è anche la ragione dell'ulteriore invecchiamento della batteria. Molte letterature utilizzano la resistenza interna per definire l'SOH.
4 Il numero di cicli rimanenti definisce il SOH
Oltre a utilizzare indicatori di prestazione della batteria come capacità e resistenza interna per definire il SOH, esistono anche letterature che definiscono il SOH della batteria in base al numero di cicli rimanenti della batteria
Le definizioni SOH dei quattro tipi di batterie sopra menzionati sono relativamente comuni in letteratura. La definizione di capacità ed elettricità è altamente gestibile, ma la capacità è la prestazione esterna della batteria, mentre la funzionalità della definizione di resistenza interna e tempo rimanente non è forte. La resistenza interna è correlata al SOC e alla temperatura e non è facile da misurare. Il numero di cicli rimanenti e il numero totale di cicli non sono facili da misurare. non può essere previsto con precisione.
2. Fattori che influenzano lo stato di salute delle batterie al litio
Negli ultimi anni, molte letterature nazionali e straniere hanno studiato il meccanismo e la legge dell’invecchiamento delle batterie al litio. Si ritiene generalmente che la deposizione di ioni di litio, l'ispessimento del film SEI e la perdita di materiali attivi siano le ragioni principali dell'invecchiamento e del decadimento della capacità della batteria. L'abuso di batterie al litio accelererà l'invecchiamento della batteria e anche il normale caricamento e scaricamento delle batterie influirà sulla salute della batteria e ne accelererà l'invecchiamento.
1 Influenza della temperatura sulla batteria SOH
La temperatura è generalmente considerata il principale fattore che influisce sulla salute della batteria. La temperatura ha un duplice impatto sulle prestazioni della batteria. Da un lato, l'alta temperatura accelererà la reazione chimica all'interno della batteria e migliorerà l'efficienza e le prestazioni della batteria. Allo stesso tempo, l’alta temperatura accelera anche alcune reazioni chimiche irreversibili. Si verifica la reazione che determina una diminuzione del materiale attivo della batteria, provocando l'invecchiamento e il decadimento della capacità della batteria. I dati sperimentali mostrano che l'alta temperatura accelererà la crescita della pellicola SEI dell'elettrodo della batteria e aumenterà la difficoltà degli ioni di litio a penetrare nella pellicola SEI, il che equivale ad un aumento della resistenza interna della batteria.
2 Influenza della corrente di carica e scarica sulla batteria SOH
La velocità di carica e scarica influirà sulla durata della batteria. La batteria Sony 18650 è stata testata per 300 cicli con tre diverse velocità di scarica. Allo stesso tempo, una scarica rapida genererà più calore all'interno della batteria, accelerandone l'invecchiamento. Al microscopio elettronico si osserva che la pellicola SEI sulla superficie dell'elettrodo della batteria a scarica rapida è più spessa di quella della batteria a scarica ridotta.
3 Influenza della profondità di scarica sulla batteria SOH
La profondità di carica e scarica della batteria ha un impatto sulla salute e sull'invecchiamento della batteria. Si ritiene che la batteria abbia accumulato l'energia di trasferimento totale e l'analisi del decadimento della capacità e dell'invecchiamento della batteria viene effettuata in base all'energia di trasferimento totale. Gao Fei et al. ha analizzato la relazione tra l'energia di trasferimento cumulativa della batteria e il decadimento della capacità della batteria attraverso test di ciclo con diverse profondità di scarica delle batterie al litio e ha concluso che prima che la capacità della batteria scenda all'85%, l'energia di trasferimento cumulativa della batteria è nella carica profonda e nella scarica profonda e il decadimento della capacità della batteria. Le due modalità di carica superficiale e di scarica superficiale sono sostanzialmente le stesse. Quando la capacità della batteria scende all'85%~75%, l'energia di trasferimento cumulativa e l'efficienza energetica della batteria sono migliori rispetto alla modalità di carica e scarica superficiale.
4 Influenza dell'intervallo di ciclo sulla batteria SOH
Anche l'intervallo del ciclo di carica-scarica della batteria influirà sul processo di invecchiamento della batteria. La resistenza interna della batteria carica-scarica è diversa per i diversi intervalli di ciclo. Pertanto, il calore e la reazione della batteria durante il ciclo sono leggermente diversi, il che a lungo termine influirà sulla salute e sull'invecchiamento della batteria. Pertanto, alcuni esperti suggeriscono che l'intervallo SOC della batteria sia compreso tra 20% e 80%, il che è vantaggioso per la salute e la durata della batteria.
5 Influenza della tensione di interruzione carica-scarica sulla batteria SOH
Il sovraccarico e lo scaricamento eccessivo della batteria influiranno sulla salute della batteria, mentre limiti di tensione superiore e inferiore inappropriati influenzeranno la batteria. Minore è la tensione di interruzione della scarica, maggiore è la resistenza interna della batteria, con conseguente riscaldamento interno della batteria, aumento delle reazioni laterali, riduzione dei materiali attivi della batteria e collasso del foglio di grafite negativo, invecchiamento accelerato e decadimento della capacità della batteria. batteria. Una tensione di interruzione della carica eccessiva provoca un aumento della resistenza interna della batteria, un aumento del calore interno della batteria e un sovraccarico provoca il fenomeno della "precipitazione del litio" dell'elettrodo negativo e il corrispondente aumento delle reazioni laterali, che influisce sulla capacità e invecchiamento della batteria.
In sintesi, la temperatura operativa, la velocità di carica-scarica, la profondità di scarica, l'intervallo di ciclo e la tensione di interruzione di carica-scarica della batteria avranno tutti un impatto sulla salute e sulla durata della batteria. Attualmente la ricerca sui fattori che influenzano lo stato di salute della batteria è nella fase di ricerca qualitativa. L’analisi quantitativa di questi fattori che influenzano l’invecchiamento delle batterie e la relazione di accoppiamento tra questi fattori rappresentano le difficoltà della ricerca e il punto caldo della ricerca sulla salute e la vita delle batterie in futuro.
