电池寿命评估及方法分析:

目前,在通信行业所大量使用的阀控式密封铅酸蓄电池,经过几十年的建设及运行维护经验总结,主要存在能量密度低、运行环境温度要求高、放电效率低、高温寿命短等弱点。从现有电池技术来看,磷酸铁锂电池具有很多切合我们对新型电池要求的特点,但磷酸铁锂电池的使用寿命和高温环境的性能面临较多争议,也缺乏相应的评估标准。从运营商实际使用和大量的测试数据看,磷酸铁锂电池的技术特点、使用和维护要求以及实际使用寿命等都需要进一步的验证。

锂电池生产厂家在产品宣传时,普遍宣称锂电池高温性能好,与铅酸不一样,对温度提升不敏感,甚至很多锂电池厂家认为50℃以上时容量衰减不大。其主要支持的依据是锂电池60℃高温时可正常充放电,经测试,磷酸铁锂电池60℃时,可进行充放电,放电容量可达25℃容量的98%以上,而铅酸电池超过50℃可放电,但是无法正常充电。

很多锂电池厂家在对锂电池和铅酸电池进行经济性对比时直接把锂电池寿命设定为铅酸电池的2～3倍,但这种预期目前并没有实际测试或应用的数据支持。而实际应用的项目,锂电池的使用寿命并不乐观。比如国内的大型赛事均有政府支持的电动大巴项目，其电池使用情况并不理想，寿命为3年左右。运营商基站用锂电池的应用情况也不理想，部分站点6～18个月容量衰减到80%以下，当然造成电池容量衰减过快并不全部都是电池产品质量问题，还有BMS、使用方法和高温环境等问题。

所谓锂电池的日历寿命,即为在适宜的工作环境和工作条件下,锂电池可以使用的最长时间。锂电池具有较好的循环性能这一点是比较确定的,但是长循环寿命是否意味着一定具有长日历寿命呢?

　　因为锂电池的循环寿命一般在比较短的时间内测试完成,所以日历寿命需要新的方法进行评估。

　　①锂电池失效机理分析

　　目前,对于锂电池的失效分析有很多研究,主要的失效原因有以下几种:

　　·SEI膜的生长

　　阴极材料不稳定引起的活性物质被氧化溶解;阴极内电解液反应生成SEI而被耗尽。

　　·极化衰减

　　传统电池在使用过程中内阻持续增大,导致充放电极化大,电池难以充满或者放完电,容量不能发挥。

　　·活性物质损失

　　电池在使用过程中,正极或者负极材料劣化、孤岛效应,或者产生副反应,导致能够参与反应的活性化学物质越来越少,导致容量损失。活性物质损失是所有电池衰减过程中都存在的,不同厂家、不同技术,该项衰减差异很大。

　　②锂电池容量衰减模型

　　电池剩余容量一般决定于电池的材料体系和使用时间,即以下公式:

　　由式(1)取对数可得到式(2):

　　影响参数分析:

　　z——衰减指数,是由设计体系(阴极、阳极材料)来决定的。

　　a——受化学体系(电解液,添加剂等)影响,也受阴极材料的晶向变化而不同。

　　锂电池SEI膜增长引起电芯容量衰减,相对于时间t符合幂函数数学模型。

以上公式是否适用于锂电池的寿命分析,可以通过测试进行验证。图1是国内锂电池A公司用式(1)和式(2)进行的测试和锂电池寿命推导过程。通过对锂电池在25℃、35℃、45℃和60℃分别进行的容量测试结果分析,得到了该电池的温度加速系数的拟合曲线。从测试和推导过程来看,最终的拟合曲线比较好的反映了测试结果。