当电动汽车中使用的动力锂电池达到其使用寿命时,意味着电池的衰减达到其初始容量的20%。在电动汽车中,动力锂电池在反复充放电的情况下,由于锂离子电池持续的副反应,电池本体的材料性能会下降。这种衰减是由于以下几个方面:电极材料晶格结构的变化;由于电极材料的分解、剥落或腐蚀,活性材料减少;电解质分解消耗导致电导率降低和阻抗增加;由于锂离子的演化或副反应,可以去除和嵌入的锂离子被消耗;气体、不溶物、粘合剂改性和副反应引起的集电体腐蚀增加了阻抗。
从实际使用环境条件来看,影响动力锂电池使用寿命的重要因素包括充放电截止电压、充放电比、使用温度和搁置条件。
大量文献表明,在一定范围内,不同充电截止电压的循环寿命随着充电电压的升高而降低。这表明充电截止电压对电池寿命有很大影响。高的充电截止电压会加剧电池副反应的发生,缩短电池寿命。动力锂电池在汽车中使用时,由于电动汽车的各种行驶条件,电池容易老化,在高电位区充放电时电池性能严重下降。
为了满足不同的驾驶条件,电动汽车中的动力锂电池使用不同的充放电率。对动力锂电池充放电速率的研究表明,大的充放电速率会加速电池容量的衰减,充放电速率越大,电池容量衰减越快。这主要是由于阳极材料结构和性能的变化以及阳极表面薄膜的增厚导致锂离子难以扩散。如果充放电率过大,可能会导致单体电池过热、短路和爆炸。
不同功率的锂电池有不同的最佳温度,温度过高或过低都会影响电池的使用寿命。随着温度的降低,锂离子动力锂电池的放电容量会降低。这是因为随着温度降低,电解液的离子导电性降低,导致电池内阻迅速增加,导致电池在低温下的输出性能较差。
不使用动力锂电池时,由于电池本身的性质,会发生自放电、正负极材料钝化和电解液分解。实验结果表明,阳极SEI性能不稳定会导致阳极活性物质迅速衰变,容易发生金属锂沉淀,具有稳定SEI膜的锂离子电池可以在高温下储存4年以上。同时,不同的电解液组分对电极材料的衰减有不同的影响。