Las baterías de iones de litio se utilizan ampliamente en vehículos de nueva energía debido a su alta densidad de energía, alta densidad de potencia y características de baja autodescarga. Sin embargo, la duración de la batería difícilmente puede satisfacer las necesidades de los usuarios, lo que limita el desarrollo futuro de los vehículos eléctricos. Por lo tanto, el mecanismo de envejecimiento de la batería y el efecto del deterioro de la batería deben tenerse en cuenta al optimizar el diseño y la gestión de la batería.

Desde la perspectiva del diseño de la batería: a nivel de la batería, es necesario estudiar el mecanismo de envejecimiento y el modelo de descomposición de la batería, especialmente los parámetros clave de la batería y el impacto de otros parámetros clave (como la densidad de energía y la densidad de potencia) en la batería también necesita ser discutida. Los parámetros clave señalados aquí incluyen el grosor, la porosidad, el tamaño de las partículas, el tamaño de la celda, la forma de la celda, etc. de los materiales activos del ánodo y el cátodo. Estos parámetros se pueden optimizar en función de algoritmos de optimización multiobjetivo para diseñar mejores baterías. A nivel del sistema de batería, los mecanismos de envejecimiento de la batería y los modelos de degradación también son muy importantes. El impacto de los factores eléctricos, mecánicos y/o térmicos en la vida útil de la batería debe analizarse en función de los mecanismos de envejecimiento y los modelos de degradación.

Desde la perspectiva de la gestión de la batería, los mecanismos de envejecimiento de la batería y los modelos de descomposición son importantes para la evaluación del estado de la batería (influido por el uso anterior y las condiciones de funcionamiento actuales) y la predicción del rendimiento.

(1) En términos generales, la estimación del estado de la batería usada también se denomina Evaluación de estado del estado (SOH). Por lo general, el rendimiento de la batería (como la capacidad utilizable, la energía utilizable y la potencia utilizable) se degrada con la edad de la batería. Por lo tanto, el BMS (sistema de gestión de batería) necesita estimar el SOH de la batería según el mecanismo de envejecimiento de la batería y el modelo de descomposición de la batería. Este resultado tiene un importante valor de referencia para otros algoritmos de estimación en BMS. De acuerdo con los resultados de SOH, la batería se puede usar razonablemente sin abuso ni accidentes de seguridad.
(2) En general, optimizar el estado operativo actual significa evaluación SOP (estado de energía) y gestión térmica. Por supuesto, diferentes condiciones de funcionamiento tienen diferentes efectos sobre la futura vida útil de la batería. Por lo tanto, basándose en el mecanismo de envejecimiento en diferentes condiciones de trabajo y el modelo de degradación de la batería correspondiente, BMS puede predecir el daño de la batería en diferentes condiciones de trabajo. Luego, en función del análisis de la vida útil y el rendimiento de la batería, utilizando un método de optimización en línea, el BMS puede coordinar el estado de carga y descarga y la temperatura de la batería.
(3) Por lo general, la predicción del desempeño futuro significa la predicción de RUL (vida útil restante). RUL es muy útil para la gestión en línea de baterías, la evaluación de autos usados ​​y el uso en cascada de baterías, especialmente la evaluación del valor residual de las baterías. Teniendo en cuenta las características de desvanecimiento no lineal de las baterías, los métodos de extrapolación tradicionales no pueden predecir con precisión la vida útil restante de las baterías. Es necesario lograr predicciones confiables basadas en los principales mecanismos de envejecimiento de diferentes estados de descomposición bajo diferentes condiciones de operación y los correspondientes modelos de duración de la batería.

Desde la perspectiva del sistema, se puede ver que para resolver una serie de problemas de gestión y diseño de baterías relacionados con el envejecimiento de la batería, es necesario revisar, resumir y analizar el estado actual de la investigación sobre el envejecimiento de la batería, incluidos los factores que influyen, los mecanismos de envejecimiento. , modelos de envejecimiento y métodos de diagnóstico. Sin embargo, los documentos de revisión existentes se centran principalmente en un punto típico.

El ciclo de vida de la batería incluye el diseño de la batería, la producción, la aplicación EV y el uso secundario. La degradación del rendimiento de la batería debe tenerse en cuenta en los primeros pasos del diseño de la batería. En diferentes etapas, el fenómeno de descomposición y el mecanismo de envejecimiento interno de la batería pueden ser muy diferentes.

Este documento proporciona una revisión exhaustiva de los problemas clave de la degradación de la batería desde la perspectiva del sistema, incluidos los siguientes aspectos: mecanismo de envejecimiento interno de la batería y características externas, análisis de los factores que afectan la vida útil de la batería desde una perspectiva de diseño, producción y aplicación, modelo de degradación de la batería, Mecanismos y modelos de envejecimiento de baterías.

En general, el análisis de envejecimiento de la batería debe llevarse a cabo desde varios aspectos, como factores influyentes, reacciones secundarias internas, modos de envejecimiento e influencias externas, como se muestra en la Figura 3. Las características externas más intuitivas del desvanecimiento de la batería son el desvanecimiento de la capacidad y/o la potencia. desteñir. En la actualidad, la mayoría de los artículos todavía se centran en estos dos puntos para realizar investigaciones y modelos sobre el envejecimiento de las baterías. Por lo general, la atenuación de potencia es más difícil de estudiar y se reemplaza por el estudio de la impedancia interna.

Con respecto al modo de descomposición de la batería, para la gestión de la batería y el diagnóstico en línea, el mecanismo de envejecimiento de la batería se puede resumir como: pérdida de almacenamiento de iones de litio (LLI) y pérdida de material activo de ánodo/cátodo (LAM). El modelo de dos cajas puede describir el mecanismo de envejecimiento correspondiente. En términos generales, el proceso de carga y descarga de una batería está intrínsecamente relacionado con la inserción y delaminación de iones de litio en los materiales activos positivos y negativos. Por lo tanto, la capacidad de la batería está directamente determinada por la cantidad de material activo y la cantidad de iones de litio disponibles. El material activo es como un tanque de agua y los iones de litio son como el agua en el tanque, como se muestra en la Figura 4. Entonces, los principales mecanismos de envejecimiento de las baterías de iones de litio son LAM (que es como cambios en el tanque mismo) y LLI (que es como la pérdida de agua en el tanque). Además, el modo de decaimiento de la batería también incluye el aumento de la resistencia interna (RI) y la pérdida de electrolitos (LE). El aumento en la resistencia interna conducirá directamente a la atenuación de energía de la batería, y la capacidad disponible de la batería también disminuirá. La pérdida de electrolitos también es un modo muy importante de descomposición. Una pequeña cantidad de pérdida de electrolitos tiene poco efecto en el rendimiento de la batería, mientras que una pérdida excesiva de electrolitos puede conducir directamente a una caída repentina de la capacidad. El aumento en la resistencia interna conducirá directamente a la atenuación de energía de la batería, y la capacidad disponible de la batería también disminuirá. La pérdida de electrolitos también es un modo muy importante de descomposición. Una pequeña cantidad de pérdida de electrolitos tiene poco efecto en el rendimiento de la batería, mientras que una pérdida excesiva de electrolitos puede conducir directamente a una caída repentina de la capacidad. El aumento en la resistencia interna conducirá directamente a la atenuación de energía de la batería, y la capacidad disponible de la batería también disminuirá. La pérdida de electrolitos también es un modo muy importante de descomposición. Una pequeña cantidad de pérdida de electrolitos tiene poco efecto en el rendimiento de la batería, mientras que una pérdida excesiva de electrolitos puede conducir directamente a una caída repentina de la capacidad.

Dentro de la batería, estos modos de descomposición son causados ​​por algunos efectos secundarios físicos o químicos internos, y los efectos secundarios relacionados con el envejecimiento son muy complejos. LAM puede ser causado por estos factores: exfoliación de grafito; disolución de metales y descomposición de electrolitos; pérdida de contacto del material activo debido a la corrosión del colector de corriente y la descomposición del aglomerante. La formación de LLI puede estar relacionada con la formación de película SEI (interfaz de electrolito sólido) y el espesamiento continuo, la formación de CEI (interfaz de electrolito catódico), la deposición de iones de litio y otros factores. La formación de LE puede deberse al consumo de electrolitos causado por reacciones secundarias como el espesamiento de la película SEI y la descomposición de electrolitos inducida por alto potencial. Considerando que, RI puede ser causado por la formación y el engrosamiento continuo de SEI y LE, etc.

Los resultados muestran que hay muchos factores que afectan las reacciones secundarias dentro de la batería, incluido el diseño, la producción y las condiciones de trabajo de la batería. Estos factores afectarán la tasa de reacciones secundarias dentro de la batería, lo que afectará las características de vida útil de la batería.