Penuaan baterai litium adalah proses bertahap dalam jangka panjang, dan kesehatan baterai dipengaruhi oleh berbagai faktor seperti suhu, laju arus, dan tegangan pemutusan. Saat ini, beberapa pencapaian telah dicapai dalam penelitian dan analisis pemodelan status kesehatan baterai. Penelitian terkait mencakup mekanisme degradasi baterai dan analisis faktor penuaan, manajemen kesehatan baterai, pemantauan dan estimasi status baterai, prediksi masa pakai baterai, dll.
Namun, ringkasan dan tinjauan yang relatif lengkap mengenai penilaian kesehatan baterai litium masih kurang. Makalah ini secara sistematis memperkenalkan status penelitian dan kemajuan kesehatan baterai dari lima aspek: definisi, faktor-faktor yang mempengaruhi, model evaluasi, kesulitan penelitian dan signifikansi penelitian kesehatan baterai.
1. Definisi status kesehatan baterai
Baterai SOH mencirikan kemampuan baterai saat ini untuk menyimpan energi listrik relatif terhadap baterai baru, dan mewakili keadaan baterai dari awal masa pakainya hingga akhir masa pakainya dalam bentuk persentase. Ada banyak indikator kinerja baterai. Terdapat banyak definisi SOH di dalam dan luar negeri, namun terdapat kekurangan dalam kesatuan konsep. Saat ini definisi SOH terutama tercermin dalam beberapa aspek seperti kapasitas, listrik, hambatan internal, waktu siklus dan daya puncak.
1 Definisi Kapasitas SOH
Terdapat sebagian besar literatur tentang definisi SOH berdasarkan peluruhan kapasitas baterai, dan definisi SOH diberikan sebagai berikut:Dalam rumus: Dikurung adalah kapasitas baterai saat ini; Crated adalah kapasitas terukur baterai.
2 Definisi Listrik SOH
Pengertian SOH untuk konsumsi listrik mirip dengan pengertian kapasitas, karena kapasitas pengenal baterai mempunyai kapasitas efektif aktual dan kapasitas maksimum, dan kapasitas aktual baterai agak berbeda dengan kapasitas pengenal nominal, sehingga beberapa literatur mendefinisikan SOH dari perspektif kapasitas pelepasan baterai.
3 Resistensi internal mendefinisikan SOH
Peningkatan resistansi internal baterai merupakan manifestasi penting dari penuaan baterai, dan juga merupakan alasan penuaan baterai lebih lanjut. Banyak literatur menggunakan resistansi internal untuk mendefinisikan SOH.
4 Jumlah siklus yang tersisa menentukan SOH
Selain menggunakan indikator kinerja baterai seperti kapasitas dan resistansi internal untuk menentukan SOH, terdapat juga literatur yang mendefinisikan SOH baterai berdasarkan jumlah siklus baterai yang tersisa.
Definisi SOH dari keempat jenis baterai di atas relatif umum dalam literatur. Definisi kapasitas dan listrik sangat dapat dioperasikan, namun kapasitas adalah kinerja eksternal baterai, sedangkan pengoperasian definisi resistansi internal dan waktu tersisa tidak kuat. Resistansi internal terkait dengan SOC dan suhu, dan tidak mudah diukur. Jumlah siklus yang tersisa dan jumlah siklus tidak mudah untuk diukur. tidak dapat diprediksi secara akurat.
2. Faktor-faktor yang mempengaruhi status kesehatan baterai litium
Dalam beberapa tahun terakhir, banyak literatur dalam dan luar negeri telah mempelajari mekanisme penuaan dan hukum baterai litium. Secara umum diyakini bahwa pengendapan ion litium, penebalan film SEI, dan hilangnya bahan aktif adalah penyebab utama penuaan baterai dan penurunan kapasitas. Penyalahgunaan baterai litium akan mempercepat penuaan baterai, dan pengisian serta pengosongan baterai secara normal juga akan memengaruhi kesehatan baterai dan mempercepat penuaan baterai.
1 Pengaruh suhu pada baterai SOH
Suhu umumnya dianggap sebagai faktor utama yang mempengaruhi kesehatan baterai. Suhu memiliki dampak ganda terhadap kinerja baterai. Di satu sisi, suhu tinggi akan mempercepat reaksi kimia di dalam baterai serta meningkatkan efisiensi dan kinerja baterai. Pada saat yang sama, suhu tinggi juga akan mempercepat beberapa reaksi kimia yang tidak dapat diubah. Reaksi yang terjadi mengakibatkan berkurangnya bahan aktif baterai sehingga menyebabkan penuaan dan penurunan kapasitas baterai. Data eksperimen menunjukkan bahwa suhu tinggi akan mempercepat pertumbuhan film SEI pada elektroda baterai, dan kesulitan ion litium untuk menembus film SEI akan meningkat, yang setara dengan peningkatan resistansi internal baterai.
2 Pengaruh laju arus pengisian dan pengosongan pada baterai SOH
Tingkat pengisian dan pengosongan akan mempengaruhi masa pakai baterai. Baterai Sony 18650 diuji selama 300 siklus pada tiga tingkat pengosongan berbeda. Pada saat yang sama, pengosongan daya yang tinggi akan menghasilkan lebih banyak panas di dalam baterai, yang akan mempercepat penuaan baterai. Diamati di bawah mikroskop elektron bahwa film SEI pada permukaan elektroda baterai pengosongan laju tinggi lebih tebal daripada film SEI pada permukaan elektroda baterai pengosongan laju rendah.
3 Pengaruh kedalaman pengosongan pada baterai SOH
Kedalaman pengisian dan pengosongan baterai berdampak pada kesehatan dan penuaan baterai. Dipercayai bahwa baterai telah mengumpulkan total energi transfer, dan analisis peluruhan kapasitas dan penuaan baterai dilakukan berdasarkan total energi transfer. Gao Fei dkk. menganalisis hubungan antara energi transfer akumulatif baterai dan peluruhan kapasitas baterai melalui uji siklus berbagai kedalaman pengosongan baterai litium, dan menyimpulkan bahwa sebelum kapasitas baterai berkurang hingga 85%, energi transfer akumulatif baterai adalah dalam pengisian daya yang dalam dan pengosongan yang dalam dan kapasitas baterai menurun. Dua mode pengisian dangkal dan pemakaian dangkal pada dasarnya sama. Ketika kapasitas baterai berkurang hingga 85%~75%, energi transfer akumulatif dan efisiensi energi baterai lebih baik daripada mode pengisian dangkal dan mode pengosongan dangkal.
4 Pengaruh interval siklus pada baterai SOH
Interval siklus pengisian-pengosongan baterai juga akan mempengaruhi proses penuaan baterai. Resistansi internal baterai pengisian-pengosongan berbeda untuk interval siklus yang berbeda. Oleh karena itu, panas dan reaksi baterai selama siklusnya sedikit berbeda, yang akan mempengaruhi kesehatan dan penuaan baterai dalam jangka panjang. Oleh karena itu, beberapa ahli menyarankan kisaran SOC baterai adalah 20%~80%, yang bermanfaat bagi kesehatan baterai dan masa pakai baterai.
5 Pengaruh tegangan cut-off charge-discharge pada baterai SOH
Pengisian daya yang berlebihan dan pengosongan baterai yang berlebihan akan mempengaruhi kesehatan baterai, dan batas tegangan atas dan bawah yang tidak tepat akan mempengaruhi baterai. Semakin rendah tegangan pemutus pelepasan, semakin besar resistansi internal baterai, mengakibatkan pemanasan internal baterai, peningkatan reaksi samping, pengurangan bahan aktif baterai dan runtuhnya lembaran grafit negatif, percepatan penuaan dan penurunan kapasitas baterai. baterai. Tegangan pemutusan pengisian daya yang berlebihan menyebabkan resistansi internal baterai meningkat, panas internal baterai meningkat, dan pengisian daya yang berlebihan menyebabkan fenomena “pengendapan litium” pada elektroda negatif dan peningkatan reaksi samping yang terkait, yang mempengaruhi kapasitas dan penuaan baterai.
Singkatnya, suhu pengoperasian, laju pengisian-pengosongan, kedalaman pengosongan, interval siklus, dan tegangan pemutusan pengisian-pengosongan baterai semuanya akan berdampak pada kesehatan dan masa pakai baterai. Saat ini penelitian mengenai faktor-faktor yang mempengaruhi status kesehatan baterai masih dalam tahap penelitian kualitatif. Analisis kuantitatif terhadap faktor-faktor yang mempengaruhi penuaan baterai dan hubungan antara faktor-faktor ini merupakan kesulitan penelitian dan titik penelitian kesehatan dan masa pakai baterai di masa depan.
