磷酸铁锂电池老化研究研讨

磷酸铁锂电池老化研究研讨

刘孝利

贵州梅岭电源有限公司 贵州遵义 563000

摘要：近几年，在人们物质生活水平不断提高的社会背景下，电池作为一种重要的能源储存设备，如何有效提升电池使用寿命，解决电池老化问题，是现阶段需要重点关注的事项。磷酸铁锂电池的老化主要包括日历老化和循环老化，通过对日历老化与循环老化的影响因素、老化机理等展开研究，有利于进一步提高磷酸铁锂电池的使用寿命。基于此，本文主要针对磷酸铁锂电池老化问题展开研究，并提出解决磷酸铁锂电池老化问题的相关策略。

关键词：磷酸铁锂电池；老化研究；循环老化；日历老化

引言：为响应国家“双碳”政策号召，电池能源行业迫切需要发展与变革。磷酸铁锂电池作为一种优秀的储能设备，有着电能储存量多、化学稳定性高、无记忆效应等应用优势，在电池能源行业中有着广泛的应用前景。通过探讨磷酸铁锂电池的老化问题，有利于进一步提高电池循环寿命、提高电池充电与放电效率，对于推动电池能源行业的发展与变革具有重要意义。

1磷酸铁锂电池概述

磷酸铁锂电池主要指一种新型的锂离子电池技术，通常由正极、负极、电解液等组成，其在实际应用中，由于采用稳定的正极材料，因此具有较高的安全性以及较长的循环寿命，同时，得益于高能量密度的特点，磷酸铁锂电池能够提供更大的电能储能容量，使其在太阳能、风能发电等领域有着广泛的应用前景。

2磷酸铁锂电池的老化机理及影响因素

磷酸铁锂电池的使用寿命直接决定其在实际应用中的可靠性、安全性以及经济性，因此，通过研究磷酸铁锂电池的老化机理及影响因素，延长磷酸铁锂电池的使用寿命是现阶段的一个重点研究问题。对于磷酸铁锂电池而言，电池寿命可从循环寿命和日历寿命两个方面展开探讨。其中，循环寿命主要指电池在充放电循环过程中，在时间因素的影响下，活性材料逐渐失去容量直至内阻增加到电池无法继续使用时的情况；日历寿命主要指设置某一工作恒温，在不进行充放电操作的情况下，电池发生容量衰减和内阻增加至无法使用的情况。循环寿命主要研究电池活性材料的损耗机制以及内部反应过程；日历寿命则主要研究电池自身的物理变化对于电池老化的影响。现阶段，导致电池出现老化问题的原因，主要包含锂离子损失、电极活性材料损失以及内阻增加三点。其中，锂离子损失主要指电解质在正负极之间迁移由于反应或物理变化而造成的损失；电极活性材料损失主要指充放电循环次数的增加或者长时间静置下，活性材料的结构破坏、颗粒溶解等问题；内阻增加主要指因电池电解质降解或活性物质堆积等造成的电池充放电效率下降问题。

2.1循环老化机理及影响因素

2.1.1温度因素影响分析

温度因素是导致循环老化问题发生的主要原因之一，原因在于，不同温度条件下，电池内部的化学反应速度存在较大差别，通常，温度越高，电池的老化速度越快，温度过低时，则会影响电池的使用性能。

高温环境下，电池内的化学反应速率会增加，锂离子材料作用更为剧烈，导致电池的容量损失加速，容易引发锂离子材料脱落或结构变形等问题。同时，温度过高时，会影响电解质层的稳定性，导致电解质层发生劣化、腐蚀或电解质液体的挥发等问题，进而影响电池的循环使用寿命。

低温环境，受到温度条件的影响，电池内部化学材料的化学反应速率会降低，致使电池的充放电效率下降，影响电池的使用性能。同时，电池运行温度较低时，还会导致电池内的电解液浓度增加，降低锂离子的传输能力。

综合上述分析，温度对电池的循环使用寿命具有较大影响，因此，需要在电池设计与使用过程中，尽可能避免过高或过低的温度环境，或加强针对电池的抗温度影响设计。

2.1.2充放电倍率影响分析

充放电倍率主要指电池在充放电过程中的充放电容量与总容量。在不同的充放电倍率条件下，磷酸铁锂电池的老化机理与老化程度也会存在不同。

充放电倍率越高，电池的容量衰减也会越厉害。原因在于，充放电倍率的增加会引起电池内部的极化效应加剧以及电池内部的化学反应速率增加，进而降低电池的可用容量，加速电池的老化过程。

充放电倍率较低时，则会因极化效应减小与化学反应速率降低而导致老化速度降低，减少电池内部产生的热量，有利于降低电池老化速度，延长电池的使用寿命。

综合上述分析，充放电倍率对电池的使用寿命有较大影响，需要设计人员在电池设计的过程中，结合不同的电池应用场景选择适宜的充放电倍率，将充放电倍率控制在合理的区间范围内。

2.1.3放电深度影响分析

放电深度主要指电池在使用过程中，由满电状态至放电结束时所消耗的电量或容量比例，对于酸铁锂电池，放电深度会影响电池的循环寿命和与使用性能。

高放电深度主要指超过80%的放电深度的情况。高放电深度下，电池的容量能够得到充分利用，然而，电池的老化速度也会加快。原因在于，高放电深度会使得电池内部的化学反应加剧，进而导致电池内部正负极材料的损耗增加，加剧电池的循环老化速度。

相对应的，低放电深度能够减少活性材料与锂离子之间的相互作用强度，降低电池内部的反应速度，从而延长电池的循环寿命。

因此，电池的设计者应结合电池的实际使用需求合理控制放电深度，从而降低循环老化速度。

2.2日历老化机理及影响因素

2.2.1SOC影响分析

SOC主要指电池当前的充电状态，其变化会影响电池的日历老化速度。实验中，主要探究不同环境温度以及SOC对电池的日历老化影响，经实验可知：

不超过30°C的环境中运行时，SOC对电池日历老化的相对不明显。原因在于较低温度下，化学反应也会速率变慢，使得SOC变化对电池的影响减弱。

温度超出30°C区间时，SOC对电池容量的影响逐渐增加，且温度越高，电池的使用寿命下降也就越明显。原因在于高温会增加电池内部材料损耗，引发活性材料颗粒的脱落，加剧日历老化。

因此，充电和使用时应注意控制电池的SOC在适宜的范围内，从而延长电池的寿命和性能。

2.2.2存储时间影响分析

储存时间主要指电池在未使用状态下的存放时间，储存时间长短，也会在一定程度上影响磷酸铁锂电池的使用寿命。储存时间过长时，电池内化学材料会发生一些不可逆的化学反应，且由于自放电现象，在未使用情况下也会逐渐失去电荷，进而影响电池的使用性能。储存时间过短时，会因不充分放电或过早使用而使电荷丢失，产生一些不可逆反应，导致电池容量衰减，引起电池的日历老化。因此，实际使用中，应保证电池的适当存储时间，从而延长电池的使用寿命以及稳定性。

结束语：

综上所述，通过研究磷酸铁锂电池的老化问题，能够得出影响电池使用性能与寿命的关键因素，从而在电池的设计与实际使用过程中，适当做好对相关影响因素的控制，以尽可能延长电池的使用寿命。

参考文献：

[1]曾其权,张淑兴.磷酸铁锂电池老化研究探讨[J].电器与能效管理技术,2023(5):65-71.

[2]张俊洋,刘聪,魏恺莹,等.高功率磷酸铁锂电池老化筛选工艺研究[J].电源技术,2023,47(7):894-897.