ปัจจัยที่ส่งผลต่อสุขภาพแบตเตอรี่ลิเธียม

การเสื่อมสภาพของแบตเตอรี่ลิเธียมเป็นกระบวนการที่ค่อยๆ เกิดขึ้นในระยะยาว และสุขภาพของแบตเตอรี่จะได้รับผลกระทบจากปัจจัยต่างๆ เช่น อุณหภูมิ อัตรากระแสไฟ และแรงดันไฟฟ้าตัด ปัจจุบัน มีความสำเร็จบางประการในการวิจัยและการวิเคราะห์การสร้างแบบจำลองสถานะสุขภาพของแบตเตอรี่ การวิจัยที่เกี่ยวข้อง ได้แก่ กลไกการเสื่อมสภาพของแบตเตอรี่และการวิเคราะห์ปัจจัยการเสื่อมสภาพ การจัดการสุขภาพของแบตเตอรี่ การตรวจสอบและการประมาณสถานะแบตเตอรี่ การทำนายอายุการใช้งานแบตเตอรี่ ฯลฯ

อย่างไรก็ตาม ยังขาดการสรุปและการทบทวนการประเมินภาวะแบตเตอรี่ลิเธียมที่ค่อนข้างสมบูรณ์ บทความนี้แนะนำสถานะการวิจัยและความก้าวหน้าของสถานะสุขภาพของแบตเตอรี่อย่างเป็นระบบจากห้าประเด็น ได้แก่ คำจำกัดความ ปัจจัยที่มีอิทธิพล แบบจำลองการประเมิน ปัญหาในการวิจัย และความสำคัญของการวิจัยเกี่ยวกับสถานะด้านสุขภาพของแบตเตอรี่

1. คำจำกัดความของสถานะสุขภาพแบตเตอรี่

SOH ของแบตเตอรี่แสดงลักษณะความสามารถของแบตเตอรี่ปัจจุบันในการเก็บพลังงานไฟฟ้าโดยสัมพันธ์กับแบตเตอรี่ใหม่ และแสดงถึงสถานะของแบตเตอรี่ตั้งแต่เริ่มต้นอายุการใช้งานจนถึงสิ้นสุดอายุการใช้งานในรูปแบบเปอร์เซ็นต์ มีตัวบ่งชี้ประสิทธิภาพของแบตเตอรี่มากมาย มีคำจำกัดความของ SOH มากมายทั้งในประเทศและต่างประเทศ แต่แนวคิดยังขาดความสามัคคี ปัจจุบัน คำจำกัดความของ SOH สะท้อนให้เห็นในหลายแง่มุมเป็นหลัก เช่น กำลังการผลิต ไฟฟ้า ความต้านทานภายใน รอบเวลา และกำลังไฟฟ้าสูงสุด

1 คำจำกัดความความจุ SOH

มีบทความส่วนใหญ่เกี่ยวกับคำจำกัดความของ SOH ตามการสลายตัวของความจุของแบตเตอรี่ และคำจำกัดความของ SOH ให้ไว้ดังนี้: ในสูตร: Caged คือความจุปัจจุบันของแบตเตอรี่ Crated คือความจุสูงสุดของแบตเตอรี่


2 คำจำกัดความไฟฟ้า SOH

คำจำกัดความของ SOH สำหรับการใช้ไฟฟ้านั้นคล้ายคลึงกับคำจำกัดความของความจุ เนื่องจากความจุที่กำหนดของแบตเตอรี่มีความจุที่แท้จริงและความจุสูงสุด และความจุจริงของแบตเตอรี่ค่อนข้างแตกต่างจากความจุที่กำหนด ดังนั้นวรรณกรรมบางฉบับจึงกำหนด SOH จากมุมมองของความสามารถในการคายประจุแบตเตอรี่


3 ความต้านทานภายในกำหนด SOH

การเพิ่มขึ้นของความต้านทานภายในของแบตเตอรี่เป็นการแสดงออกที่สำคัญของการเสื่อมสภาพของแบตเตอรี่ และยังเป็นสาเหตุที่ทำให้แบตเตอรี่มีอายุมากขึ้นอีกด้วย วรรณกรรมหลายฉบับใช้ความต้านทานภายในเพื่อกำหนด SOH


4 จำนวนรอบที่เหลือกำหนด SOH

นอกเหนือจากการใช้ตัวบ่งชี้ประสิทธิภาพของแบตเตอรี่ เช่น ความจุและความต้านทานภายในเพื่อกำหนด SOH แล้ว ยังมีเอกสารที่กำหนด SOH ของแบตเตอรี่ตามจำนวนรอบที่เหลืออยู่ของแบตเตอรี่

คำจำกัดความ SOH ของแบตเตอรี่สี่ประเภทข้างต้นค่อนข้างจะพบได้ทั่วไปในวรรณกรรม คำจำกัดความของความจุและไฟฟ้าสามารถใช้งานได้สูง แต่ความจุคือประสิทธิภาพภายนอกของแบตเตอรี่ ในขณะที่ความสามารถในการใช้งานของคำจำกัดความของความต้านทานภายในและเวลาที่เหลืออยู่ไม่แข็งแรง ความต้านทานภายในเกี่ยวข้องกับ SOC และอุณหภูมิ และการวัดไม่ใช่เรื่องง่าย จำนวนรอบที่เหลือและจำนวนรอบทั้งหมดนั้นไม่สามารถวัดได้ง่าย ไม่สามารถคาดเดาได้อย่างแม่นยำ

2. ปัจจัยที่ส่งผลต่อสถานะสุขภาพของแบตเตอรี่ลิเธียม

ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา วรรณกรรมในประเทศและต่างประเทศจำนวนมากได้ศึกษากลไกการเสื่อมสภาพและกฎของแบตเตอรี่ลิเธียม เป็นที่เชื่อกันโดยทั่วไปว่าการสะสมของลิเธียมไอออน ฟิล์มหนา SEI และการสูญเสียวัสดุออกฤทธิ์เป็นสาเหตุหลักที่ทำให้แบตเตอรี่มีอายุมากขึ้นและความจุลดลง การใช้แบตเตอรี่ลิเธียมในทางที่ผิดจะเร่งอายุแบตเตอรี่ และการชาร์จและการคายประจุแบตเตอรี่ตามปกติจะส่งผลต่อสุขภาพของแบตเตอรี่และเร่งการเสื่อมสภาพของแบตเตอรี่ด้วย

1 อิทธิพลของอุณหภูมิต่อ SOH ของแบตเตอรี่

โดยทั่วไปอุณหภูมิถือเป็นปัจจัยหลักที่ส่งผลต่อสุขภาพของแบตเตอรี่ อุณหภูมิมีผลกระทบสองประการต่อประสิทธิภาพของแบตเตอรี่ ประการหนึ่ง อุณหภูมิสูงจะช่วยเร่งปฏิกิริยาเคมีภายในแบตเตอรี่และปรับปรุงประสิทธิภาพและประสิทธิภาพของแบตเตอรี่ ในเวลาเดียวกัน อุณหภูมิสูงจะเร่งปฏิกิริยาเคมีบางอย่างที่ไม่สามารถย้อนกลับได้ ปฏิกิริยาเกิดขึ้น ส่งผลให้วัสดุออกฤทธิ์ของแบตเตอรี่ลดลง ทำให้เกิดการเสื่อมสภาพและความจุของแบตเตอรี่ ข้อมูลการทดลองแสดงให้เห็นว่าอุณหภูมิสูงจะเร่งการเจริญเติบโตของฟิล์ม SEI ของอิเล็กโทรดแบตเตอรี่ และความยากของลิเธียมไอออนที่เจาะฟิล์ม SEI จะเพิ่มขึ้น ซึ่งเทียบเท่ากับการเพิ่มขึ้นของความต้านทานภายในของแบตเตอรี่

2 อิทธิพลของอัตราประจุและกระแสคายประจุต่อ SOH ของแบตเตอรี่

อัตราการชาร์จและการคายประจุจะส่งผลต่ออายุการใช้งานของแบตเตอรี่ แบตเตอรี่ Sony 18650 ได้รับการทดสอบเป็นเวลา 300 รอบด้วยอัตราการคายประจุที่แตกต่างกันสามระดับ ขณะเดียวกัน การคายประจุในอัตราที่สูงจะทำให้เกิดความร้อนภายในแบตเตอรี่มากขึ้น ซึ่งจะช่วยเร่งการเสื่อมสภาพของแบตเตอรี่ ภายใต้กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนจะสังเกตเห็นว่าฟิล์ม SEI บนพื้นผิวอิเล็กโทรดของแบตเตอรี่คายประจุอัตราสูงมีความหนามากกว่าฟิล์มคายประจุอัตราต่ำ


3 อิทธิพลของความลึกของการคายประจุต่อ SOH ของแบตเตอรี่

ความลึกของการชาร์จและการคายประจุของแบตเตอรี่มีผลกระทบต่อสุขภาพและความชราของแบตเตอรี่ เชื่อกันว่าแบตเตอรี่สะสมพลังงานการถ่ายโอนทั้งหมด และการวิเคราะห์การสลายตัวของความจุและอายุของแบตเตอรี่จะดำเนินการตามพลังงานการถ่ายโอนทั้งหมด เกาเฟย และคณะ วิเคราะห์ความสัมพันธ์ระหว่างพลังงานการถ่ายโอนสะสมของแบตเตอรี่และการสลายตัวของความจุของแบตเตอรี่ผ่านการทดสอบรอบของความลึกการคายประจุที่แตกต่างกันของแบตเตอรี่ลิเธียมและสรุปได้ว่าก่อนที่ความจุของแบตเตอรี่จะลดลงถึง 85% พลังงานการถ่ายโอนสะสมของแบตเตอรี่คือ ในการชาร์จลึกและการคายประจุลึกและความจุของแบตเตอรี่จะลดลง การชาร์จแบบตื้นและการคายประจุแบบตื้นสองโหมดโดยพื้นฐานแล้วจะเหมือนกัน เมื่อความจุของแบตเตอรี่ลดลงเหลือ 85%~75% พลังงานการถ่ายโอนสะสมและประสิทธิภาพการใช้พลังงานของแบตเตอรี่จะดีกว่าโหมดการชาร์จแบบตื้นและการคายประจุแบบตื้น

4 อิทธิพลของช่วงรอบการทำงานต่อ SOH ของแบตเตอรี่

ช่วงเวลารอบการชาร์จ-คายประจุแบตเตอรี่จะส่งผลต่อกระบวนการเสื่อมสภาพของแบตเตอรี่ด้วย ความต้านทานภายในของแบตเตอรี่ที่ปล่อยประจุจะแตกต่างกันตามรอบระยะเวลาที่ต่างกัน ดังนั้นความร้อนและปฏิกิริยาของแบตเตอรี่ระหว่างรอบการทำงานจึงแตกต่างกันเล็กน้อย ซึ่งจะส่งผลต่อสุขภาพและอายุของแบตเตอรี่ในระยะยาว ดังนั้น ผู้เชี่ยวชาญบางคนแนะนำว่าช่วง SOC ของแบตเตอรี่อยู่ที่ 20%~80% ซึ่งเป็นประโยชน์ต่อสุขภาพของแบตเตอรี่และอายุการใช้งานของวงจร


5 อิทธิพลของแรงดันไฟฟ้าตัดการประจุ-คายประจุต่อ SOH ของแบตเตอรี่

การชาร์จไฟมากเกินไปและการคายประจุแบตเตอรี่มากเกินไปจะส่งผลต่อสุขภาพของแบตเตอรี่ และขีดจำกัดแรงดันไฟฟ้าบนและล่างที่ไม่เหมาะสมจะส่งผลต่อแบตเตอรี่ ยิ่งแรงดันไฟฟ้าตัดการคายประจุต่ำลง ความต้านทานภายในของแบตเตอรี่ก็จะยิ่งมากขึ้น ส่งผลให้เกิดความร้อนภายในของแบตเตอรี่ ปฏิกิริยาข้างเคียงที่เพิ่มขึ้น วัสดุที่ใช้งานของแบตเตอรี่ลดลง และการพังทลายของแผ่นกราไฟท์เชิงลบ การเร่งอายุและการสลายตัวของความจุของ แบตเตอรี่. แรงดันไฟฟ้าตัดการชาร์จที่มากเกินไปทำให้ความต้านทานภายในของแบตเตอรี่เพิ่มขึ้น ความร้อนภายในของแบตเตอรี่เพิ่มขึ้น และการชาร์จไฟมากเกินไปทำให้เกิดปรากฏการณ์ "การตกตะกอนลิเธียม" ของอิเล็กโทรดเชิงลบและการเพิ่มขึ้นของปฏิกิริยาข้างเคียงที่สอดคล้องกัน ซึ่งส่งผลต่อความจุ และการเสื่อมสภาพของแบตเตอรี่


โดยสรุป อุณหภูมิในการทำงาน อัตราการคายประจุ ความลึกของการคายประจุ ช่วงเวลาของวงจร และแรงดันไฟฟ้าตัดการคายประจุของแบตเตอรี่ ล้วนส่งผลต่อสุขภาพและอายุการใช้งานของแบตเตอรี่ ปัจจุบันการวิจัยปัจจัยที่มีอิทธิพลต่อสถานะสุขภาพแบตเตอรี่อยู่ในขั้นตอนการวิจัยเชิงคุณภาพ การวิเคราะห์เชิงปริมาณของปัจจัยที่มีอิทธิพลต่ออายุของแบตเตอรี่และความสัมพันธ์ระหว่างปัจจัยเหล่านี้คือความยากลำบากในการวิจัยและจุดสำคัญในการวิจัยเกี่ยวกับสุขภาพและชีวิตของแบตเตอรี่ในอนาคต