电动汽车锂离子HAWKER蓄电池的循环寿命研究

循环寿命被视为锂离子电池的重要技术指标之一，其影响多样。电动汽车锂离子电池的使用寿命研究是实际车辆安装和运行过程中的关键环节。本文系统综述了近年来关于锂离子电池电动车使用寿命的研究。首先，具体描述了锂离子功率的分类和工作原理。其次，详细研究影响锂离子电池循环寿命的外部和内部因素，包括温度、充放电倍增器、充放电截止电压、电池性能不稳定、固体电解质界面（SEI）薄膜以及铜箔。随后，深入分析了功率锂离子电池寿命的预测方法，包括健康状态（SOH）和剩余使用寿命（RUL）估计，并进一步阐述了各种寿命估计方法的优缺点。最终，锂离子电池的周期寿命展望也得以公布。本研究为锂离子电池的生产、开发和健康管理提供了宝贵指导。

简介

近年来，随着环境污染和石油等能源枯竭，电动汽车（EV）行业在需要新能源的时代迅速发展。2020年9月，身习近平作为中国国家主席，宣布了一项战略，目标是在2030年前实现二氧化碳排放峰值，并在2060年前实现碳中和，相较于中国当前的能源消耗。新能源车辆是实现上述“碳中和碳峰值”战略的有前景举措之一。到2025年，全球新能源车销量将达到1800万辆，未来四年复合增长率将达到29%。新能源车的爆炸性发展为电池带来了前所未有的市场机遇。
动力电池是新能源汽车非常重要的组成部分[[1]，[2]，[3]]。众所周知，电力电池的热安全和电化学性能将直接影响车辆的整体特性。在所有动力电池中，锂离子电池因其高能量密度、无记忆效应、自放电小以及长周期寿命等独特优势，广泛应用于新能源车辆领域[[4]， [5]， [6]]。锂离子电池容量被视为衡量电池寿命的重要指标。随着锂离子电池充放电周期数量的增加，电池内部电极材料不可逆受损，其容量将持续下降。许多学者[7,8]指出，锂离子电池容量低于标称容量的80%被视为实际应用中的寿命终结（EOL）。为了提升锂离子电池的安全性和可靠性，并进一步提升电动汽车的耐久性，必须研究影响锂离子电池寿命的关键因素，并预测其生命周期。关于锂离子使用寿命的内部影响因素，更多研究聚焦于固体电解液接口膜（SEI）、正负集电液、电解液对电池循环寿命的影响。近年来，一些学者[9]将电池老化的推断转化为实验证据，建立了一种诊断算法来观察电池劣化程度，这与按钮电池的开路电压及电池老化度定律相关。他们验证了电池老化机制主要由三种降解模式组成，即锂库存损失、主动正材料损失和负物质主动损失。一般来说，电池降解的结果包括SEI生长、电解、结合剂分解、电极颗粒开裂和集电器腐蚀。
容量和功率降级取决于电池的降级模式。影响电池的外部因素，如电池环境温度和电池充放电比，威胁电池寿命。近年来，Wadsey等人[10]对磷酸铁锂电池与镍锰钴锂电池进行了实验比较。实验内容包括充电和放电模式及温度对电池容量的影响，并研究了两块电池在32°C、30°C和28°C下的充放电持续时间，以及电池自身温度的变化。最后，结论是镍锰钴电池的降能能力低于锂铁磷酸电池。该框架能够预测电池性能下降，并可应用于电池设计优化、寿命预测和保修成本估算等多个领域。准确的劣化预测可以节省实验室中电池寿命表征的大量精力和成本。电池自给自足和生命周期成本被视为技术和经济目标，受电池容量退化和可用寿命影响。在固定应用中，准确的电池容量降解和寿命预测模型对于估算锂离子降解行为及在不同负载条件下的相应寿命至关重要。Gaizka [11] 提出了一个简单但准确的实证电气和电池劣化模型，考虑了三种不同的驾驶环境（城市、混合和高速），用于评估电池劣化，有助于寻找最佳的终止时间点和剩余经济价值。作为预测性电池维护和自主健康管理的前提，准确预测电池剩余使用寿命（RUL）可以反映电池健康状况，帮助建立直流充电安全的快速响应机制，降低安全事故的概率。蔡[12]提出了一个针对直流充电条件的能源车充电动态数据采集模型，并结合优化的能源车RUL预测方法，实现了电池充电数据的测量与仿真。他们还确定了电力电池的健康指标（HIs）集合，以实现快速的RUL预测。