Sự lão hóa của pin lithium là một quá trình diễn ra dần dần trong thời gian dài và tuổi thọ của pin bị ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố khác nhau như nhiệt độ, tốc độ dòng điện và điện áp cắt. Hiện tại, một số thành tựu đã đạt được trong nghiên cứu và phân tích mô hình về tình trạng sức khỏe của pin. Các nghiên cứu liên quan bao gồm cơ chế suy giảm pin và phân tích yếu tố lão hóa, quản lý sức khỏe pin, theo dõi và ước tính trạng thái pin, dự đoán tuổi thọ pin, v.v.
Tuy nhiên, vẫn còn thiếu một bản tóm tắt và đánh giá tương đối đầy đủ về tình trạng đánh giá sức khỏe của pin lithium. Bài viết này giới thiệu một cách có hệ thống tình trạng và tiến độ nghiên cứu tình trạng sức khỏe của pin từ năm khía cạnh: định nghĩa, các yếu tố ảnh hưởng, mô hình đánh giá, khó khăn trong nghiên cứu và ý nghĩa nghiên cứu về tình trạng sức khỏe của pin.
1. Xác định tình trạng sức khỏe của pin
Pin SOH đặc trưng cho khả năng lưu trữ năng lượng điện của pin hiện tại so với pin mới và biểu thị trạng thái của pin từ khi bắt đầu sử dụng đến hết tuổi thọ dưới dạng phần trăm. Có nhiều chỉ số hiệu suất của pin. Trong và ngoài nước có nhiều định nghĩa về SOH nhưng còn thiếu sự thống nhất về khái niệm. Hiện tại, định nghĩa về SOH chủ yếu được phản ánh ở một số khía cạnh như công suất, điện năng, điện trở trong, thời gian chu kỳ và công suất cực đại.
1 Định nghĩa công suất SOH
Có hầu hết các tài liệu về định nghĩa SOH theo sự suy giảm dung lượng pin và định nghĩa SOH được đưa ra như sau: Trong công thức: Lồng là dung lượng hiện tại của pin; Crated là dung lượng định mức của pin.
2 Định nghĩa điện SOH
Định nghĩa SOH đối với mức tiêu thụ điện tương tự như định nghĩa về công suất, vì công suất định mức của pin có công suất hiệu dụng thực tế và công suất tối đa, đồng thời công suất thực tế của pin hơi khác so với công suất định mức danh nghĩa, do đó một số tài liệu định nghĩa SOH từ góc độ khả năng xả pin.
3 Điện trở trong xác định SOH
Sự gia tăng điện trở trong của pin là một biểu hiện quan trọng của sự lão hóa của pin và nó cũng là nguyên nhân khiến pin bị lão hóa thêm. Nhiều tài liệu sử dụng điện trở trong để xác định SOH.
4 Số chu kỳ còn lại xác định SOH
Ngoài việc sử dụng các chỉ số hiệu suất của pin như dung lượng và điện trở trong để xác định SOH, còn có tài liệu xác định SOH của pin theo số chu kỳ còn lại của pin.
Định nghĩa SOH của bốn loại pin trên tương đối phổ biến trong tài liệu. Định nghĩa về công suất và điện năng là khả năng hoạt động cao, nhưng công suất là hiệu suất bên ngoài của pin, trong khi khả năng hoạt động theo định nghĩa điện trở trong và thời gian còn lại không mạnh. Điện trở trong có liên quan đến SOC và nhiệt độ, không dễ đo lường. Số chu kỳ còn lại và tổng số chu kỳ không dễ đo lường. không thể dự đoán chính xác được.
2. Các yếu tố ảnh hưởng đến tình trạng sức khỏe của pin lithium
Trong những năm gần đây, nhiều tài liệu trong và ngoài nước đã nghiên cứu cơ chế, quy luật lão hóa của pin lithium. Người ta thường tin rằng sự lắng đọng ion lithium, độ dày màng SEI và mất vật liệu hoạt động là những nguyên nhân chính khiến pin bị lão hóa và suy giảm dung lượng. Lạm dụng pin lithium sẽ đẩy nhanh quá trình lão hóa pin, việc sạc và xả pin thông thường cũng sẽ ảnh hưởng đến sức khỏe của pin và đẩy nhanh quá trình lão hóa pin.
1 Ảnh hưởng của nhiệt độ tới SOH của pin
Nhiệt độ thường được coi là yếu tố chính ảnh hưởng đến sức khỏe của pin. Nhiệt độ có tác động kép đến hiệu suất của pin. Một mặt, nhiệt độ cao sẽ tăng tốc độ phản ứng hóa học bên trong pin và cải thiện hiệu suất cũng như hiệu suất của pin. Đồng thời, nhiệt độ cao cũng sẽ đẩy nhanh một số phản ứng hóa học không thuận nghịch. Phản ứng xảy ra làm giảm vật liệu hoạt động của pin, khiến pin bị lão hóa và suy giảm dung lượng. Dữ liệu thực nghiệm cho thấy nhiệt độ cao sẽ đẩy nhanh quá trình phát triển của màng SEI của điện cực pin và độ khó của các ion lithium xuyên qua màng SEI sẽ tăng lên, tương đương với việc tăng điện trở trong của pin.
2 Ảnh hưởng của tốc độ dòng sạc và dòng xả đến SOH của ắc quy
Tốc độ sạc và xả sẽ ảnh hưởng đến tuổi thọ của pin. Pin Sony 18650 đã được thử nghiệm trong 300 chu kỳ ở ba tốc độ xả khác nhau. Đồng thời, việc xả tốc độ cao sẽ tạo ra nhiều nhiệt hơn bên trong pin, điều này sẽ đẩy nhanh quá trình lão hóa của pin. Quan sát dưới kính hiển vi điện tử, màng SEI trên bề mặt điện cực của pin phóng điện tốc độ cao dày hơn so với màng phóng điện tốc độ thấp.
3 Ảnh hưởng của độ sâu phóng điện đến SOH của pin
Độ sâu sạc và xả của pin có ảnh hưởng đến sức khỏe và độ lão hóa của pin. Người ta tin rằng pin đã tích lũy tổng năng lượng truyền và việc phân tích sự suy giảm công suất và lão hóa của pin được thực hiện dựa trên tổng năng lượng truyền. Gao Fei và cộng sự. đã phân tích mối quan hệ giữa năng lượng truyền tích lũy của pin và sự suy giảm dung lượng của pin thông qua các thử nghiệm chu kỳ ở các độ sâu xả khác nhau của pin lithium và kết luận rằng trước khi dung lượng pin giảm xuống 85%, năng lượng truyền tích lũy của pin là trong quá trình sạc sâu và xả sâu và suy giảm dung lượng pin. Hai chế độ sạc nông và xả nông về cơ bản là giống nhau. Khi dung lượng pin giảm xuống 85% ~ 75%, năng lượng truyền tích lũy và hiệu suất năng lượng của pin sẽ tốt hơn chế độ sạc nông và xả nông.
4 Ảnh hưởng của khoảng thời gian chu kỳ đến SOH của pin
Khoảng thời gian chu kỳ sạc-xả pin cũng sẽ ảnh hưởng đến quá trình lão hóa pin. Điện trở trong của pin sạc-xả là khác nhau trong các khoảng thời gian chu kỳ khác nhau. Do đó, nhiệt độ và phản ứng của pin trong chu kỳ hơi khác nhau, điều này sẽ ảnh hưởng đến sức khỏe và độ lão hóa của pin về lâu dài. Do đó, một số chuyên gia cho rằng phạm vi SOC của pin là 20% ~ 80%, điều này có lợi cho sức khỏe và tuổi thọ của pin.
5 Ảnh hưởng của điện áp cắt sạc-xả đến SOH của pin
Việc sạc quá mức và xả quá mức sẽ ảnh hưởng đến sức khỏe của pin và giới hạn điện áp trên và dưới không phù hợp sẽ ảnh hưởng đến pin. Điện áp cắt phóng điện càng thấp thì điện trở trong của pin càng lớn, dẫn đến hiện tượng nóng lên bên trong pin, tăng phản ứng phụ, giảm vật liệu hoạt động của pin và làm sập tấm than chì âm, tăng tốc độ lão hóa và suy giảm công suất của pin. ắc quy. Điện áp cắt khi sạc quá mức khiến điện trở trong của pin tăng lên, nhiệt độ bên trong của pin tăng lên và việc sạc quá mức gây ra hiện tượng “kết tủa lithium” ở điện cực âm và tăng phản ứng phụ tương ứng, ảnh hưởng đến công suất và lão hóa của pin.
Tóm lại, nhiệt độ hoạt động, tốc độ sạc-xả, độ sâu xả, khoảng thời gian chu kỳ và điện áp cắt sạc-xả của pin đều sẽ ảnh hưởng đến tình trạng và tuổi thọ của pin. Hiện nay, nghiên cứu về các yếu tố ảnh hưởng đến tình trạng sức khỏe của pin đang ở giai đoạn nghiên cứu định tính. Phân tích định lượng các yếu tố ảnh hưởng đến sự lão hóa của pin và mối quan hệ kết hợp giữa các yếu tố này là những khó khăn trong nghiên cứu và là điểm nóng nghiên cứu về tình trạng và tuổi thọ của pin trong tương lai.
