鉛酸蓄電池鋰電池等電池容量衰減原因

電池的能量存儲可以分為三個(gè)虛擬區(qū)域，即可填充的空白區(qū)、提供能量的可用區(qū)以及由于使用和老化作用造成的閑置不可用區(qū)域，或者說是巖石區(qū)，如圖1所示。

電池能量存儲虛擬區(qū)域示意圖

電池從制造完成時(shí)就開始衰減，一個(gè)新電池須提供100%的容量，但大多數(shù)使用中的電池組是達(dá)不到的。

隨著電池的可用區(qū)域縮小，可填充的能量降低，充電時(shí)間逐漸縮短。在大多數(shù)情況下，由于周期循環(huán)和老化的原因，電池容量呈線性衰減。此外，深度放電給電池造成的壓力大于不完全放電，因此最好不要把電池電量全部耗盡，而是經(jīng)常性充電。對于鎳基電池以及作為校準(zhǔn)部件的智能電池則應(yīng)周期性深度放電，這有助于消除鎳基電池的“記憶效應(yīng)”。鎳基鋰電池在容量衰減到80%之前可以完全充放電循環(huán)300～500周。

充放電循環(huán)并不是容量衰減的唯一原因，高溫下存儲鋰電池也會(huì)導(dǎo)致容量衰減。一個(gè)充滿電的鋰電池在40℃(104°F)保存一年而不使用的情況下會(huì)造成35%的容量損失。超快速充放對電池也是有害的，會(huì)使電池壽命減少一半，這對于單體鋰電池是非常明顯的。電池組比能量高，但由于單體電池的差異而顯得特別微妙。

設(shè)備的規(guī)格參數(shù)往往基于新電池，但這僅僅是初試階段的短暫現(xiàn)象，而不能維持太長的時(shí)間。就像一個(gè)體育運(yùn)動(dòng)員，成績會(huì)隨著時(shí)間的推移而逐漸下降，并且如果任其發(fā)展，將會(huì)最終導(dǎo)致電池相關(guān)的故障。

電池需要經(jīng)常計(jì)算其容量衰減和最終壽命。容量衰減到80%就需要更換電池組，電池組的最終壽命極限應(yīng)根據(jù)應(yīng)用的不同、用戶的喜好以及公司的保障而改變。由于機(jī)械故障比較罕見，容量衰減便成了最終替代計(jì)劃的一個(gè)最佳指標(biāo)，這一指標(biāo)可以通過對現(xiàn)役電池每三個(gè)月進(jìn)行一次容量核實(shí)來完成。此外，充電器充電運(yùn)行狀態(tài)表征的技術(shù)也在研發(fā)中。

除了與老化相關(guān)的衰減，硫酸鹽化和板柵腐蝕是鉛酸蓄電池衰減的主要影響因素。硫酸鹽化是指電池停留在較低倍率充電時(shí)，在陰極極板上形成的薄膜層。如果發(fā)現(xiàn)及時(shí)，可以通過均衡充電來消除這一狀況。板柵腐蝕可以通過改善充電狀態(tài)或采用優(yōu)化的浮動(dòng)充電方法來減弱。

鎳基電池，所謂的不可用巖石區(qū)通常是由于活性物質(zhì)晶體的形成而引起，也被稱為“記憶效應(yīng)”。深度充放電循環(huán)的方法常常可以使電池容量恢復(fù)到全滿。周期性的放電也可以控制結(jié)晶過程，避免對隔膜的危害。

鋰離子電池的老化是內(nèi)部物質(zhì)的氧化，是使用和老化過程中的一部分，并且是自然發(fā)生且不可逆轉(zhuǎn)的。