最近几年磷酸铁锂电池大放异彩,它集成了铅酸电池的高安全性,也不会像三元锂电池那样爆燃起火,同时能量密度是铅酸电池的4~5倍,重量比铅酸电池轻一多半,使用大功率快充能够做到一小时充满电,耐低温性能也得到了有效提升,大品牌的电池都有自带加热功能,在冬季约消耗5%的电量,可以在几分钟之内将电池加热到25度,确保电池在冬季容量和续航不缩水。倍受关注的是可循环充放电3000次以上,理论使用寿命达10年。
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那么磷酸铁锂电池真的能用那么久吗?
以比亚迪的磷酸铁锂电池为例,正常家用汽车可行驶60~100万公里,容量衰减至80%左右。这可不是凭空说的,以深圳的出租车为例,5年行驶50多万公里,容量衰减15%,平均下来每年10万公里,容量衰减3%。
如果是家用车,一年按2万公里计算,容量衰减1%~3%,看到这里,很多朋友会感到疑问。家用车一年行驶路程少,为什么容量衰减在1%~3%?而营运车一年行驶10万公里容量衰减3%,这里就牵扯到电池的品牌不同,制造工艺存在差距。电池老化速度不一样,而且电池是有日历使用寿命的,设计使用寿命是10~12年,即使不用也会自然老化。
例如家用车不使用充足电放置定期补电,5年后容量衰减10%~15%,每年行驶2万公里。10年以后容量衰减20%~25%,剩余75%~80%的电量。假设100度的电池包充足电10年前能行驶500公里,10年后电量按75%计算,依然有375公里的续航,仍能满足日常使用需求。这是掌握正确使用方法,10年以后才能达到的续航,如果使用方法错误磷酸铁锂电池很难达到理论使用寿命。
影响磷酸铁锂电池寿命的原因有哪些?
1.温度对电池影响最大
现在汽车都在拼充电速度,充电速度取决于电压,电压越高功率大,充电速度快,比如有的品牌电动汽车搭载磷酸铁锂电池,宣称能够做到1小时充满电。但过快的充电速度会导致磷酸铁锂电池内部化学反应剧烈,内部温度迅速上升,特别是夏季温度很快上升到45度以上。
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持续高温快充会导致电池表面的SEI膜增厚,该模是在电池石墨负极的表面,是在电池首次充放电,电解液中的碳酸酯溶剂、锂盐在负极表面的电子发生还原分解生成的不溶性产物,在负极表面逐渐沉积,最终形成稳定的SEI膜。
在磷酸铁锂首次充放电过程中会消耗少量的活性锂,会造成电池容量轻微下降,影响较小,几乎可以忽略不计。这层膜的作用非常大,它能隔绝负极与电解液,阻止电解液持续分解消耗活性锂,能够保持活性锂的数量大幅延长电池的使用寿命。
正常情况下SEI膜的厚度约10~50nm,高温充电会造成负极低电位,电解液加速还原分解,在负极表面持续过度还原,造成膜的厚度逐渐增加。当膜的厚度大于80nm,内阻极速增加,电池内部结构极速老化,容量寿命大幅衰减,这种情况是不可逆转的。
此外,低温充电也会对磷酸铁锂电池健康状况产生极大影响。所有的电池都会受环境温度影响,温度越低,容量衰减越快,当温度在零度以下,电池内部锂离子活性降低会产生析锂,就是锂在负极表面沉积,长期低温充电会造成锂颗粒逐渐生长,变得尖锐,可能会冲刺破正负极之间的隔膜存在安全风险。总之在冬季温度低于零度以下充电,会造成电池容量和寿命出现永久性损伤。
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长期将磷酸铁锂电池充满至100%状态,电池理论寿命会缩短20~30%。这是因为电池在满电状态会引发副反应,真实的原因是电池长期满电,会让石墨负极一直维持在极低还原状态,随着时间的延长,不断诱发电解液副反应,SEI膜增厚电池内阻增加,锂盐分解,这是石墨烯电池长期满电、电池老化的诱因。
3.放电深度决定了电池的循环寿命
以比亚迪的磷酸铁锂电池为例,可循环充放电3300次以上,一次完整的循环充放电是指电池充足电到放完电的过程,但不是完全放完电,电量最好保持在20%~30%。磷酸铁锂电池电量使用剩余10%就属于深度放电,这会直接让SEI膜增厚,腐蚀铜箔,溶解正极,造成电池的容量产生不可逆转的损伤。电动汽车虽然加速快,如果长时间超速行驶,电芯瞬间放电超功率输出会产生大量热,会加速电芯内部结构老化,缩短使用寿命。
4.使用与存放看不见的“隐形杀手”
如果新能源汽车或者两轮电动车因某些原因长期放置不用,电池也会自然老化。保证电池处在合适的电量,能够减缓老化速度,建议将电量充到60%~80%放置,1~5年的电池两个月补充一次电,5年以上的电池每个月不补充一次电,始终将电量维持在60~80%存放。
现在的新能源电动汽车和两轮电动车都有动能回收装置,当车辆行驶在下坡路段动能回收介入,将动能转化为电能反充给电池。但如果动能回收设置不合适,也会损伤电池,比如动能回收设置过高,动能转化效率提高电流能量增强,电流越大电池输出功率越高,电池内部温度上升快。动能回收长期设置过高会加速SEI膜增厚,加速电池容量衰减,缩短使用寿命。建议动能回收设置为标准模式,可以避免上述情况的发生。
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如何延长磷酸铁锂电池的使用寿命?
1.充电和放电
日常使用电量保持在20%~90%,电量尽量不要低于20%避免深度放电。日常使用慢充为主、快充为辅,夏季使用快充充足电以后让电池散热30分钟以后再使用。每个月将电池充至满电100%状态,让电池管理系统均衡电芯。
2.温度管管
磷酸铁锂电池最佳工作温度是20~25度,在广东、广西、云南等温暖地方磷酸铁锂电池可以发挥出最长使用寿命。电池没有自动加热装置零度以下不建议充电,温度超过45度不建议充电。冬季当气温低于零度需要充电时建议先预热,这样电池能够恢复80%的容量。
电动汽车约有80%使用磷酸铁锂电池,三元锂电池装车数量下降到20%,未来磷酸铁锂电池使用率还将快速上升,三元锂电池有可能会被淘汰。因为起火爆燃风险概率高,一旦爆燃起火往往会造成汽车被烧毁,严重的甚至人员伤亡。磷酸铁锂电池凭借超长的使用寿命,不会爆燃起火安全高,能量密度适中,支持快充。但再好的电池也要遵循正确的使用方法,如果使用方法错误,很难达到理论使用寿命。通过阅读这篇文章,希望大家能够改变错误的使用习惯,采用正确使用方法来延长磷酸铁锂电池的使用寿命。
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