鋰電池的使用壽命是鋰離子電池使用中必須注意的一個指標(biāo)。一般來說，鋰離子電池的使用壽命主要受兩個因素的影響：1）使用時間；2）循環(huán)次數(shù)。根據(jù)鋰離子電池的衰減率，可以將電池的衰減率分為早期線性衰減率和后期非線性衰減率。非線性下降過程的典型特征是電池的容量在短時間內(nèi)顯著下降，這就是我們通常所說的容量跳水，這對電池的使用和臺階的使用是非常不利的。

在實(shí)驗(yàn)中，西蒙·F·舒斯特（SimonF.Schuster）使用的電池是E-OneMoliEnergy公司的IHR20250A電池。陰極材料為NMC材料，陽極材料為石墨，標(biāo)稱容量為1.95Ah。實(shí)驗(yàn)中分析了電壓窗口、充電率、放電速率和溫度對電池非線性衰減的影響。具體的實(shí)驗(yàn)安排如下表所示。

主要結(jié)果如下：

1、工作電壓窗對負(fù)SEI薄膜生長的影響是，由于電化學(xué)窗口寬，正過渡金屬元素的溶解增強(qiáng)，溶解過渡金屬元素遷移到負(fù)極表面，加速了負(fù)電極過渡金屬薄膜的生長。結(jié)果表明，負(fù)極動力學(xué)條件加速了鋰的衰變，因此負(fù)極提前沉淀鋰，導(dǎo)致非線性衰減較早。

2、充放電倍率的影響

由于鋰離子電池的非線性衰減主要是由負(fù)極表面鋰金屬的沉淀引起的，因此充放電電流與鋰離子電池的非線性衰減的發(fā)生密切相關(guān)，影響最大關(guān)于電池的非線性衰減是電池的充電電流，以1C速率充電的電池幾乎從一開始就顯示出非線性衰減的趨勢，但是如果我們將充電電流降低到0.5C，那么電池的時間節(jié)點(diǎn)就是非線性衰變將大大延遲。放電電流對電池非線性衰減的影響幾乎可以忽略不計(jì)。這主要是因?yàn)殡S著充電電流的增加，負(fù)極的極化也顯著增加，這導(dǎo)致鋰從負(fù)極中釋放的風(fēng)險(xiǎn)顯著增加。沉淀的多孔金屬金屬促進(jìn)電解質(zhì)的分解并加速。負(fù)極動態(tài)性能的下降導(dǎo)致非線性衰變的早期發(fā)生。

3、溫度的影響

溫度對負(fù)電極的動態(tài)特性有著非常重要的影響，因此溫度對電池非線性衰減發(fā)生的時間也有著重要的影響。

在35°C循環(huán)的電池最晚有一個非線性下降。如果我們把電池的電壓窗降低到3.17-4.11v，早期35°C和50°C周期的電池衰減率相對一致，但在壽命結(jié)束時循環(huán)在35°C的電池開始呈現(xiàn)非線性下降。這主要是由于電池在低溫下的動力學(xué)條件惡化，導(dǎo)致負(fù)極更容易被分析為鋰，從而加速了sei膜的生長，導(dǎo)致負(fù)極動力學(xué)條件進(jìn)一步惡化，導(dǎo)致早期鋰離子電池的非線性下降。