鋰離子電池容量為什么會(huì)衰減？

大到純電動(dòng)汽車，小到電腦、手機(jī)等電子產(chǎn)品，電池的續(xù)航能力始終受到消費(fèi)者的高度關(guān)注，就連最近三星note7爆炸事件，也被一些專家歸咎為開發(fā)商過多追求續(xù)航能力而忽略了電池的安全隱患。受電池困擾的企業(yè)不止三星一家，最近微軟SurfacePro3的電池也出現(xiàn)了問題，部分用戶反映，內(nèi)部搭載LGC電池的SurfacePro3在升級(jí)之后續(xù)航時(shí)間嚴(yán)重縮水。

鋰離子電池是繼鎘鎳電池、氫鎳電池之后發(fā)展最快的二次電池。鋰離子電池的應(yīng)用很大程度取決于其充放電循環(huán)的穩(wěn)定性，和其它二次電池一樣，鋰離子電池在循環(huán)過程中容量衰減是不可避免的。

鋰離子電池

鋰離子電池在兩個(gè)電極間發(fā)生嵌入反應(yīng)時(shí)具有不同的嵌入能量，而為了得到電池的最佳性能，兩個(gè)宿主電極的容量比應(yīng)該保持一個(gè)平衡值。如果容量比過大或者過小，就會(huì)導(dǎo)致負(fù)極材料被過充電而存在安全隱患，或者負(fù)極不能被完全利用。

對(duì)于理想的鋰離子電池系統(tǒng)，在其循環(huán)周期內(nèi)容量平衡不發(fā)生改變，每次循環(huán)中的初始容量為一定值，然而實(shí)際上情況卻復(fù)雜得多。任何能夠產(chǎn)生或消耗鋰離子或電子的副反應(yīng)都可能導(dǎo)致電池容量平衡的改變，一旦電池的容量平衡狀態(tài)發(fā)生改變，這種改變就是不可逆的，并且可以通過多次循環(huán)進(jìn)行累積，對(duì)電池性能產(chǎn)生嚴(yán)重影響。

在鋰離子電池中，除了鋰離子脫嵌時(shí)發(fā)生的氧化還原反應(yīng)外，還存在著大量的副反應(yīng)，如正負(fù)極過充反應(yīng)、電解液分解、自放電、活性物質(zhì)溶解、金屬鋰沉積等，這些都會(huì)造成電池內(nèi)容量平衡被破壞，導(dǎo)致鋰電池發(fā)生永久性容量損失。此外，極溫環(huán)境等外在因素也會(huì)造成鋰電池容量暫時(shí)下降。

鋰離子電池

動(dòng)力電池衰減嚴(yán)重影響續(xù)航能力

近兩年來，我國大力推廣新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展，然而在新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展的初級(jí)階段，總會(huì)暴露一些問題，動(dòng)力電池衰減問題也正在成為阻礙新能源汽車發(fā)展的瓶頸。

低溫是電池殺手。在冬季嚴(yán)寒天氣下，純電動(dòng)汽車的鋰電池由于活性降低、需要長時(shí)間為空調(diào)供電等原因，續(xù)航里程出現(xiàn)一定程度縮減是正常的。尤其是空調(diào)的使用更是極大縮短了電動(dòng)汽車的續(xù)航里程，這是因?yàn)槠蛙囀且揽堪l(fā)動(dòng)機(jī)散熱來提供暖風(fēng)，不會(huì)增加油耗，而電動(dòng)汽車由于沒有發(fā)動(dòng)機(jī)散熱一說，需要消耗更多的電量來制熱。這也是消費(fèi)者抱怨電動(dòng)汽車?yán)m(xù)航里程普遍虛高的原因之一，即便是特斯拉的用戶也不能幸免。在特斯拉的全球第二大市場挪威，有不少關(guān)于ModelS用戶抱怨氣溫降至0度以下時(shí)汽車?yán)m(xù)航里程驟降以及充電困難的案例。特斯拉公司也承認(rèn)，當(dāng)氣溫低于0度時(shí)，ModelS會(huì)遭遇充電難問題。

單體電池差異和BMS系統(tǒng)水平低導(dǎo)致電池衰減。動(dòng)力電池組是由大量單體電芯組合而成，根據(jù)電池廠家制造水平的不同，電池組中單體電池之間的差異性的大小也不盡相同。鋰電池經(jīng)過多次反復(fù)充、放電循環(huán)之后，各串電池電量之間的差異會(huì)越來越大。

由于BMS電池管理系統(tǒng)的過充和過放保護(hù)，充電時(shí)電量最高的那串電池充滿即停止充電，其他各串則無法充滿；放電時(shí)電量最低的那串電池放完即停止放電，其他各串無法放完電；鋰電池包的“虛電”（無法使用的電量）逐步增多，鋰電池包實(shí)際有效電量大大下降，電動(dòng)汽車?yán)m(xù)航里程持續(xù)下降。如果不能及時(shí)進(jìn)行均衡，電量低的電池串放電深度越深，壽命就越容易縮短，甚至出現(xiàn)個(gè)別電池?fù)p壞的情況。但不少廠家對(duì)BMS均衡功能的重要性認(rèn)識(shí)不足，并且基于成本上的考慮，當(dāng)前很多電動(dòng)汽車鋰電池包BMS都沒有配置均衡功能，或者只是配置了簡單的被動(dòng)均衡功能，導(dǎo)致電池包各串電池之間出現(xiàn)差異后無法及時(shí)修復(fù)。

車主使用過程中操作不當(dāng)引起續(xù)航里程衰減。上文提到，過充和過放都會(huì)導(dǎo)致電池容量減損，車主充電時(shí)間過長，或者駕駛時(shí)不考慮電池余量直到愛車趴窩，這些都會(huì)影響動(dòng)力電池的續(xù)航里程和使用壽命。此外，由于鋰電池長久不用會(huì)出現(xiàn)自放電現(xiàn)象，這也會(huì)對(duì)動(dòng)力電池造成損害。因此，當(dāng)電動(dòng)汽車一段時(shí)間內(nèi)不使用時(shí)，需要每隔一段時(shí)間啟動(dòng)一次汽車，給電池充下電。

動(dòng)力電池質(zhì)保條款正逐步完善

目前，國內(nèi)絕大多數(shù)在售的新能源車產(chǎn)品，在電池質(zhì)保條件上，卻有很多模糊地帶和問題。這些問題，隨著國產(chǎn)新能源車產(chǎn)品保有量和保有時(shí)間的增加，也逐漸浮出水面。雖然國產(chǎn)新能源汽車對(duì)整車和關(guān)鍵零部件都提出了質(zhì)保的時(shí)間和里程條款，但是沒有說明電池質(zhì)保的條件，導(dǎo)致消費(fèi)者購買新能源汽車后，發(fā)現(xiàn)電池衰減問題，與經(jīng)銷商發(fā)生了很多糾紛。

近期，北京新能源汽車產(chǎn)業(yè)協(xié)會(huì)發(fā)布了《北京市示范應(yīng)用新能源小客車售后服務(wù)規(guī)范（征求意見稿）》。《規(guī)范》中提出新能源小客車動(dòng)力電池及管理系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)電機(jī)及其控制器、整車控制器等關(guān)鍵零部件保修期不低于8年或12萬公里，以先到者為準(zhǔn)；新能源小客車自銷售者開具購車發(fā)票之日起60日內(nèi)或者行駛里程在3000公里之內(nèi)（以先到者為準(zhǔn)），動(dòng)力電池、驅(qū)動(dòng)電機(jī)的主要零件出現(xiàn)產(chǎn)品質(zhì)量問題的，消費(fèi)者可以選擇免費(fèi)更換動(dòng)力電池、驅(qū)動(dòng)電機(jī)。