Litium-ion-batterier er mye brukt i nye energikjøretøyer på grunn av deres høye energitetthet, høye effekttetthet og lave selvutladningsegenskaper. Batterilevetiden kan imidlertid neppe møte brukernes behov, noe som begrenser videreutviklingen av elektriske kjøretøy. Derfor bør aldringsmekanismen til batteriet og effekten av batterinedbrytning vurderes når du optimaliserer batteridesign og -administrasjon.

Fra perspektivet til batteridesign: På batterinivå må aldringsmekanismen og forfallsmodellen til batteriet studeres, spesielt nøkkelparametrene til batteriet og virkningen av andre nøkkelparametere (som energitetthet og effekttetthet) på batteriet må også diskuteres. Nøkkelparametrene notert her inkluderer tykkelsen, porøsiteten, partikkelstørrelsen, cellestørrelsen, celleformen osv. til de aktive anode- og katodematerialene. Disse parameterne kan optimaliseres basert på multi-objektive optimaliseringsalgoritmer for å designe bedre batterier. På batterisystemnivå er batterialdringsmekanismer og degraderingsmodeller også svært viktige. Effekten av elektriske, mekaniske og/eller termiske faktorer på batterilevetiden må analyseres basert på aldringsmekanismer og nedbrytningsmodeller.

Fra et batteristyringsperspektiv er batterialdringsmekanismer og nedbrytningsmodeller viktige for vurdering av batterihelse (påvirket av tidligere bruk og nåværende driftsforhold) og prediksjon av ytelse.

(1) Generelt sett kalles estimeringen av brukt batterihelse også State Health Assessment (SOH). Vanligvis reduseres batteriytelsen (som brukbar kapasitet, brukbar energi og brukbar kraft) med batteriets alder. Derfor må BMS (batteristyringssystem) estimere SOH-en til batteriet i henhold til aldringsmekanismen til batteriet og forfallsmodellen til batteriet. Dette resultatet har viktig referanseverdi for andre estimeringsalgoritmer i BMS. I følge SOH-resultatene kan batteriet brukes rimelig uten misbruk og sikkerhetsulykker.
(2) Generelt betyr optimalisering av den nåværende driftstilstanden SOP (State of Power) evaluering og termisk styring. Selvfølgelig har forskjellige driftsforhold ulik effekt på batteriets fremtidige levetid. Derfor, basert på aldringsmekanismen under forskjellige arbeidsforhold og den tilsvarende batterinedbrytningsmodellen, kan BMS forutsi skaden på batteriet under forskjellige arbeidsforhold. Basert på levetiden og ytelsesanalysen til batteriet, ved hjelp av en online optimaliseringsmetode, kan BMS koordinere lade-utladingstilstanden og temperaturen til batteriet.
(3) Vanligvis betyr prediksjon av fremtidig ytelse prediksjon av RUL (Remaining Useful Life). RUL er svært nyttig for nettbasert håndtering av batterier, evaluering av brukte biler og kaskadebruk av batterier, spesielt evaluering av batteriers restverdi. Med tanke på de ikke-lineære falmingsegenskapene til batterier, kan tradisjonelle ekstrapoleringsmetoder ikke forutsi gjenværende levetid for batterier nøyaktig. Det er nødvendig å oppnå pålitelige spådommer basert på de viktigste aldringsmekanismene for forskjellige forfallstilstander under forskjellige driftsforhold og de tilsvarende batterilevetidsmodellene.

Fra systemets perspektiv kan det sees at for å løse en rekke batteridesign- og administrasjonsproblemer knyttet til batterialdring, er det nødvendig å gjennomgå, oppsummere og analysere den nåværende forskningsstatusen til batterialdring, inkludert påvirkningsfaktorer, aldringsmekanismer , aldringsmodeller og diagnostiske metoder. Imidlertid fokuserer eksisterende gjennomgangsartikler hovedsakelig på et typisk punkt.

Batteriets livssyklus inkluderer batteridesign, produksjon, EV-applikasjon og sekundær bruk. Forringelsen av batteriytelsen bør vurderes i de tidligste batteridesigntrinnene. På forskjellige stadier kan forfallsfenomenet og den interne aldringsmekanismen til batteriet være svært forskjellige.

Denne artikkelen gir en omfattende gjennomgang av nøkkelspørsmålene ved batterinedbrytning fra et systemperspektiv, inkludert følgende aspekter: batteriets interne aldringsmekanisme og eksterne egenskaper, analyse av faktorer som påvirker batterilevetiden fra et designperspektiv, produksjon og bruk, batterinedbrytningsmodell, Batterialdringsmekanismer og -modeller.

Generelt bør batterialdringsanalysen utføres fra flere aspekter som påvirkningsfaktorer, interne sidereaksjoner, aldringsmoduser og ytre påvirkninger, som vist i figur 3. De mest intuitive eksterne egenskapene til batterifade er kapasitetsfading og/eller strømstyrke. falme. For tiden fokuserer de fleste artikler fortsatt på disse to punktene for å gjøre forskning og modellering av batterialdring. Vanligvis er kraftdempning vanskeligere å studere og erstattes av studiet av intern impedans.

Når det gjelder batteriets decay-modus, for batteristyring og online diagnose, kan aldringsmekanismen til batteriet oppsummeres som: Lithium-ion storage loss (LLI) og anode/cathode active material loss (LAM). Toboksmodellen kan beskrive den tilsvarende aldringsmekanismen. Generelt sett er lade-utladingsprosessen til et batteri iboende relatert til innsetting og delaminering av litiumioner på de positive og negative aktive materialene. Derfor er batterikapasiteten direkte bestemt av mengden aktivt materiale og antall tilgjengelige litiumioner. Det aktive materialet er som en vanntank, og litiumionene er som vannet i tanken, som vist i figur 4. Så de viktigste aldringsmekanismene for Li-ion-batterier er LAM (som er som endringer i selve tanken) og LLI (som er som vanntap i tanken). I tillegg inkluderer forfallsmodusen til batteriet også intern motstandsøkning (RI) og elektrolyttap (LE). Økningen i intern motstand vil direkte føre til strømdempning av batteriet, og den tilgjengelige kapasiteten til batteriet vil også reduseres. Tap av elektrolytt er også en svært viktig forfallsmåte. En liten mengde elektrolytttap har liten effekt på batteriytelsen, mens overdreven elektrolytttap direkte kan føre til et plutselig kapasitetsfall. Økningen i intern motstand vil direkte føre til strømdempning av batteriet, og den tilgjengelige kapasiteten til batteriet vil også reduseres. Tap av elektrolytt er også en svært viktig forfallsmåte. En liten mengde elektrolytttap har liten effekt på batteriytelsen, mens for stort elektrolytttap direkte kan føre til et plutselig kapasitetsfall. Økningen i intern motstand vil direkte føre til strømdempning av batteriet, og den tilgjengelige kapasiteten til batteriet vil også reduseres. Tap av elektrolytt er også en svært viktig forfallsmåte. En liten mengde elektrolytttap har liten effekt på batteriytelsen, mens for stort elektrolytttap direkte kan føre til et plutselig kapasitetsfall.

Inne i batteriet er disse forfallsmodusene forårsaket av noen interne fysiske eller kjemiske bivirkninger, og bivirkningene knyttet til aldring er svært komplekse. LAM kan være forårsaket av disse faktorene: grafitteksfoliering; metalloppløsning og elektrolyttnedbrytning; aktivt materiale tap av kontakt på grunn av strømkollektorkorrosjon og bindemiddeldekomponering. Dannelsen av LLI kan være relatert til SEI (solid electrolyte interface) filmdannelse og kontinuerlig fortykning, CEI (cathode electrolyte interface) dannelse, litiumionavsetning og andre faktorer. Dannelsen av LE kan skyldes elektrolyttforbruk forårsaket av sidereaksjoner som SEI-filmfortykning og høypotensialindusert elektrolyttnedbrytning. Mens RI kan være forårsaket av dannelsen og fortsatt fortykning av SEI og LE, etc.

Resultatene viser at det er mange faktorer som påvirker bireaksjonene inne i batteriet, inkludert batteridesign, produksjon og arbeidsforhold. Disse faktorene vil påvirke hastigheten på bireaksjoner inne i batteriet, og dermed påvirke levetiden til batteriet.