Trojan电瓶锂电池充放电性能影响的研究

摘要：本文着重研讨了充放电循环给锂电池性能带来的影响，包含容量衰减、内阻变化以及循环寿命。就容量衰减而言，循环次数的增多以及深度的加大，都会促使衰减速度加快；针对内阻变化来讲，循环进程里的极化现象、材料损耗以及电解液变化，皆会致使内阻上升；对于循环寿命而言，循环次数的增加以及深度的加大，都会使得循环寿命降低。所以，推行材料优化、电解液优化以及温度管理等策略，能够优化锂电池的充放电性能。

关键词：锂电池；充放电循环；容量衰减；内阻变化；循环寿命；优化策略

引言

作为一种重要的能量存储以及释放技术的锂电池，在移动设备、电动车辆还有储能领域等被广泛应用。随着对于能源密度、循环寿命以及安全性能要求持续提高，怎样去优化锂电池的充放电性能成为一个关键的研究方向。充放电循环是锂电池在使用期间的基本操作，对其性能有着重大影响。充放电循环会致使容量衰减、内阻变化以及循环寿命改变。精准分析充放电循环对锂电池性能的影响，探求优化策略，对于提升锂电池的性能以及使用寿命具备重要意义。此文会就锂电池性能受充放电循环的影响，从容量衰减、内阻变化以及循环寿命这三个方面展开论述，且会提出像材料优化、电解液优化以及温度管理等策略，用以对锂电池的充放电性能予以优化。

一、充放电循环对锂电池性能的影响

（一）充放电循环对容量的影响

1. 容量衰减机理分析

锂离子电池在使用期间，会渐渐失去可用于储存以及释放的电荷量，这一种情况就被称作容量衰减 。

每个充放电循环，都会引发正负极材料内部出现化学反应，此反应会致使活性物质损耗，借助损耗来降低电池容量；在高温、快速充放电以及过度充放电条件下，这种损耗极为明显；充放电进程里，正负极材料的晶格结构会产生变化，此类变化可能致使晶格损坏以及内部应力积累，进而引发电化学反应的降解 。除此以外，电解液里头的溶剂连添加剂都有可能被分解掉，从而对电池性能造成影响，在进行充放电的这个过程当中，电压以及电流的改变会引发锂离子电池内部出现极化的现象，这种现象有可能致使电荷在传输的时候受到阻碍，电极材料活性表面积减少这样子的状况的出现，进而使得电池的容量下降 。^[1]。

2. 循环次数和深度对容量衰减的影响评估

充放电循环次数一旦增加，就会加速电池容量的衰减，每个循环都会引发电池内部的化学反应以及构造损伤，进而致使容量降低，一般情况下，循环次数越多，容量衰减越发明显，所以，减少充放电循环次数能够延长电池的使用寿命，循环深度乃是指电池于每个充放电循环里所释放或者充入的电荷量与电池额定容量的比例，循环深度越大，电池的容量衰减越快，过度放电或者过度充电会造成材料的进一步损耗以及结构破坏 。所以，将循环深度把控于一个合乎情理的范畴之内，能够使电池容量衰减的速率得到延缓。

（二）充放电循环对内阻的影响

1. 内阻变化机理分析

内阻是说，在电池充放电进程里，电流通入电池内部时所碰到的阻力。电阻是由各类缘由决定的，像电池构造，材料，电解液。充放电循环会给电池内阻造影响的。

在充放电进程里，电池内部会出现极化现象，也就是电流穿过电解质、电极以及电池内部材料时引发的电位差。这种极化会致使电池内部的阻力有所增加，进而造成内阻增大；于循环进程中，电池正负极材料的晶格结构会产生变化，像膨胀、收缩以及颗粒剥离等情况，这有可能致使结构遭到损坏以及内部应力出现积累，使得电池内部的阻力增加；在循环进程中，电解液里边的溶剂和添加剂或许会被分解、降解或者损耗，这会引起电解液质量发生改变，进而对内阻的大小造成影响 。^[2]。

2. 循环次数和深度对内阻的影响评估

多次充放电循环后，电池内阻往往会渐渐加剧成长。这是因充放电进程致使的材料结构受损、电解液品质变迁等要素的累加效用。确切而言，循环次数越多，内阻的增长越显著，循环深度的增添亦会致使电池内阻上升。过度放电或是过度充电会引发电池内部的结构毁坏、溶剂分解以及化学反应的激化，进而加大内阻体量。所以，将循环深度把控在合理范畴内能够减缓内阻的增长速率。

（三）充放电循环对循环寿命的影响

1. 循环寿命定义和评估方法

电池能完成一定充放电循环次数后，其容量仍可支撑维持在一定值以上的那种能力，被称作循环寿命。通常来讲，当电池容量衰减为其起初容量的一定百分比（像80%）时，就被认定达到了循环寿命的终点。

评估循环寿命的方法通常包括：

(1)容量衰减率：透过记录每一充放电循环之后的电池容量衰减情形去评估循环寿命的变动，一般是以容量衰减至初始容量百分比的阈值（像是80%）当作判定标准。

(2)循环次数进行统计，将电池完成了的充放电所经历的循环次数予以记录，在其所经历的次数超过某一个预先设定好的循环次数之时，也就是像500次这种情况的时刻，便被认定为达成了循环寿命的终点，情况就是如此。

2. 循环次数和深度对循环寿命的影响评估

次数的循环一旦增加，就会渐渐降低电池的循环寿命得以实现。这是由于每一次充放电循环，都会引发电池内部材料的损耗以及结构发生变化，致使容量的衰减变得更加严重。一般状况下，当电池完成一定数量的充放电循环后，其循环寿命就会终结；循环深度假如不断增加，同样会致使电池的循环寿命有所降低。过度放电或者过度充电，会引发电池内部化学反应的加剧、结构遭到破坏以及溶剂出现分解等一系列问题，造成材料的损耗进一步加剧，进而加快容量的衰减，最终拉低电池的循环寿命缩短进程促成。

二、锂电池充放电性能优化策略

（一）材料优化

选择具备更高容量、更优循环稳定性以及更低内阻的正负极材料，比如说，针对正极材料，可挑选高镍含量的材料，像是锂镍锰钴氧化物（NMC）或者锂镍钴铝氧化物（NCA），以此提升容量和循环寿命，对于负极材料，能够采用硅基材料或者石墨烯改性材料，增强嵌锂能力和电极稳定性，添加剂能够调整电极材料的特性，进而提高电池性能 ，添加剂可以改善电解液的锂盐稳定性、电池的循环寿命以及安全性 。常见的添加剂包括电解液添加剂、脱嵌剂和保护剂。

（二）电解液优化

遴选适宜之锂盐添入电解液里头，用以提升离子传导性能，常用的锂盐涵盖锂六氟磷酸盐（LiPF6）、锂四氟硼酸盐（LiBF4）以及锂六氯硼酸盐（LiBCl4）等，选用契合之溶剂或者溶剂混合物去提升电解液之稳定性、离子传导性以及可靠性，常见之溶剂有碳酸酯类、醚类以及腈类，添加适量之添加剂去调控电解液之性能，像增添电解液之稳定性、把控固电解质界面（SEI）膜之生成以及改良离子传导性能。

（三）温度管理

利用温度传感器以及控制系统，对电池温度予以监测与调节，当电池温度超出安全范围时，能够采取诸如降低充放电电流、增添散热与通风之类的措施用以降低温度。合理设计包含绝热层与散热系统的电池包装结构，以此确保电池于稳定温度范围内运行。绝热层可减少热量散失，散热系统能助力有效地排除热量，从而避免电池过热。于电池管理系统里头，将温度调控算法规行实施下去 ，依据当即的温度数据以及充放电状态 ，借由动态方式去调整充放电电流与功率 ，进而维持住电池温度处于适宜范畴里头 。处在电池的使用环境当中 ，尽全力做到把环境温度把控在合适的范围之内 ，防止极端的温度对电池性能以及寿命这类情况产生影响。针对于移动设备或者电动车辆等特别的应用场景 ，能够去思索采用运用温度控制的方面措施 ，像是冷却系统又或者加热系统 。^[3]。

三、结论

起初，容量衰减属于锂电池于充放电循环进程里的通常现象，此衰减是因充放电进程引发的活性物质损耗、化学反应以及晶格结构变化等因素所致，循环次数与深度的增多均会加快容量衰减速度，故而要控制循环次数和深度来延长电池使用寿命，其次，充放电循环也会致使电池内阻产生变化，经由充放电引发的极化现象、材料结构损伤以及电解液变化等因素会加大电池的内阻，循环次数和深度的增加同样会加速内阻的增加。所以，对循环深度进行合理把控，防止出现过度放电或者过度充电的情况，这对于放缓内阻增加的速度有着重要的道理。最终，循环次数以及深度的增多会致使锂电池的循环寿命下降。伴随循环次数的增多以及随着循环深度的加大，电池容量衰减的速度变快，最终使得循环寿命结束。因而，于实际应用当中要依据循环寿命的需求合理地控制充放电循环的次数以及深度。