如何延长锂电池的使用寿命
生活中各种设备上都会发现锂电池的身影,作为消费者我们会关心,什么样的使用习惯会延长锂电池的使用寿命。在锂电池的评价指标那篇文章中,描述到锂电池的寿命包括循环寿命和日历寿命,简单来说循环寿命就是能充放电的次数,日历寿命就是搁置的时间。下面将分别讨论,最后针对不同的产品阐述什么样的使用习惯有助于延长使用寿命。
循环寿命
锂离子电池的循环寿命主要由以下几个因素决定:充放电电流、温度、充放电区间。为了提升用户体验,电池的发展趋势是追求快速充放电能力。从2015年OPPO发布的R7系列的宣传语”充电5分钟 通话2小时”,到今年比亚迪的兆瓦闪充技术宣传的”充电5分钟 续航400公里”,都是在强调电池的快充能力。但是从电池循环寿命的角度来说,快充是一个不利的因素。一方面,大电流充电会使电池发热明显,高温会使锂电池内的副反应加剧。另一方面,大电流本身会催化电池内部的副反应,例如枝晶生长、颗粒破碎、SEI膜加厚等。所以在日常使用时,我们在不着急的时候尽量用小电流的慢充。比如最大充电功率为100W的手机,可以选择用65W的充电器,这样即能有效延长使用寿命,又能保证较好的使用体验。而电动车尽量选择在夜间进行慢充,这样不耽误出行,并且”谷电”也会更便宜。需要额外补充的是,随着电池的使用时间增加,电池的快充能力是在下降的,因而使用时间越长的电池越要避免大电流快充。电池的使用温度对循环寿命的影响也是非常明显的,高温和低温下的充电都会加速电池的老化。高温老化主要是电解液副反应加剧、SEI膜增厚等因素的影响,而低温老化主要是锂枝晶的生长。因而,锂电池的建议使用温度在10~35℃之间。
充放电区间指的是,电池在多低的电量下充电,充电又充到多少。大多数人的使用习惯可能是在电量低于30%就有续航焦虑,充电到100%。但是从延长循环寿命的角度说,这种30%~100%的习惯不是最优的。不同的实验数据[1~3]都说明,无论是何种类型的锂离子电池,提供几乎相同的电量,在较高电量区间(30%~100%)的循环寿命都会比中间电量区间(20%~90%)的要差。这是因为在较高的电量的时候,正极的氧化性更强,负极的还原性更强,副反应会加速发生。并且在高电量时充电,更容易发生析锂。如果仔细去看手机或者电动汽车的充电功率的话就会发现,即使是快充电池也会在高电量时降低充电功率。
所以,从循环寿命的角度,延长电池使用寿命的方法是,降低充电功率、在合适的温度范围(10~35℃)使用、在靠近中间的电量区间(20%~90%)内使用。
日历寿命
日历寿命对于使用寿命也有非常大的影响,但往往都是被忽视的。无论是手机、电动车还是电池制造商的发布会,很少有日历寿命相关的宣传。一方面,日历寿命很难获得一个准确的测试数据,因为锂离子电池的日历寿命是以年为单位的,这与现在较短的产品开发周期严重不符。另外一方面,产品的更换周期往往是要小于电池的日历寿命的。不同应用领域的锂电池日历寿命也有较大的差别,较为典型的在消费与动力领域锂离子电池的日历寿命为3-8年,而在储能领域日历寿命多为10~20年。但并不是说,在更换产品前电池未达到要求的日历寿命,它就不重要了。它不仅会影响产品末期的使用体验,还会影响产品的保值率。未来锂电回收行业成熟之后,必定会对电池按照不同的健康情况进行梯次回收利用。另外,对于大多数的家用电动车来说,行驶和充放电时间占比都是非常小的,大部分都是放在停车场静置。所以更应该关注日历寿命对于电池使用寿命的影响。
锂离子电池的日历寿命主要取决于静置时的电量(SOC)和温度。静置时的电量越高、温度越高,日历寿命就衰减的越快。以磷酸铁锂的为例,其在45℃/100%SOC下的日历寿命甚至不到25℃/50%SOC下日历寿命的1/4,差距非常大。所以,从日历寿命的角度,延长电池使用寿命的方法是,尽量把车子停在一个合适的温度下,减少夏天室外曝晒的时间,并且需要尽量避免车子长期保持高电量静置。
综上,对于消费类产品延长锂电池使用寿命的好习惯是,用比产品宣传的功率小的充电器充电、尽量不充满、避免在极端的温度下使用。对于锂离子电池电动车,延长其使用寿命的好习惯是,尽量只用夜间的慢充、尽量不充满、避免极端温度下使用、避免高温曝晒、避免高电量静置。
