[電池] 影響老化電池剩餘壽命之因素

         對於某些裝置應用,電池偶爾才進行充放電循環,大部分情況,電池處於休息中,在適當的儲存與環境條件下,電池容量散失速率緩慢,而為了減低成本,廠商就會選擇購買回收電池,因此,我們必須了解這些已經老化電池剩餘 壽命 的特性,才能準確與賣家議價。

        假如我們拿到兩顆已經老化的電池,這兩顆電池有著相同的材料組成與健康狀態(i.e.飽電容量),則一般情況下會預期這兩顆電池應該會有差不多的剩餘壽命,而這個部分可以分成以下兩種狀況來探討。

        如果電池老化是以線性方式下降,也就代表電池容量散失比較不會因為SEI膜增厚而導致反應物難以擴散至電極表面之問題,此時,整體容量散失反應會受限於反應速率(Kinetic-limited),在這種情況下,假設這兩顆電池未來也以相同循環條件進行循環,就會導致這兩者會有相同的容量散失速率,也可以視為這兩顆電池有相同老化剩餘壽命,如同圖1(a)所示。

         如果電池老化是以非線性方式下降,也就代表電池老化會與SEI膜厚度相關,甚至會因為SEI膜增厚而導致容量散失反應受限於擴散限制(Diffusion-limited),這個情況下,假設兩顆電池未來以相同循環條件進行循環,也會產生不同的容量散失速率,導致不同老化剩餘壽命。此時,健康狀態就不能被視為是等效於電池老化剩餘壽命的依據。

1兩顆相同材料組成與容量為Q1的電池過去循環在不同的充放電條件,未來以相同溫度T與循環條件下進行充放電,其容量衰退至Q2的情形(a)線性容量衰退(b)非線性容量衰退

       接著,我們以模擬方式進一步驗證此現象,我們模擬的電池為磷酸鋰鐵電池,模擬結果顯示在圖2,電池1都是循環在45度,電池2則以兩種方式進行循環,一開始電池處在60度下進行循環,直到電池容量降至2.06安時(P點),溫度再切換至45度,從模擬結果我們發現即使這兩顆電池在P點具有相同容量(i.e.健康狀態),卻會因為過去循環條件不同,即使在未來有相同的循環條件,也會產生不同的容量散失速率。

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