是技术瓶颈还是使用不当所致?新能源电池衰减之痛

续航里程和电池衰减一直是横在车企和电动车消费者面前的两道坎。前者随着概念的普及和越来越多的来自官方、媒体的实际续航测试而逐渐明朗。后者则因为检测难度较大且需要时间而一直没有相对明确的标准。

电池衰减的来龙去脉

首先来看看锂电池的概念。其实无论是手机等电子设备上的锂电池还是电动汽车的动力电池,其原理都是一样的。

锂离子电池主要由正极(含锂化合物),负极(碳素材料),电解液,隔膜四个部分组成。电池就是靠锂离子来回穿过这层隔膜完成充电放电的。

在充电时,正极上锂原子电离成锂离子和电子(脱嵌),锂离子经过电解液运动到负极,得到电子,被还原成锂原子嵌入到碳层的微孔中(插入);电池放电时,嵌在负极碳层中的锂原子,失去电子(脱插)成为锂离子,通过电解液,又运动回正极(嵌入)。

由此可见,有效锂离子的数量直接决定了电池的电量。

在多次充电后,一小部分“积劳成疾”的锂离子会失去活性,变成“沉积的锂离子”,并在电池内部形成一种电绝缘外壳。这个外壳越厚,电池的性能就越差。另外在放电时,也有一部分锂离子会被消耗以此补充交换膜的损坏。因此,在使用过程中,能够坚持工作的锂离子数量必然会越来越少,其外在表现便是电池衰减,续航里程下降。一般来说,当动力电池的衰减达到20%的时候,便不适合继续使用了。

如我们所知,目前电动汽车的动力电池主要有两种,即三元锂电池和磷酸铁锂电池,前者的能量密度更高,体积小重量轻然而衰减速度较快,大概800-1200次完全充电循环,就会衰减20%;后者的能量密度较低,相比之下体积和重量不占优势,但衰减速度较慢,大概2000次才衰减20%。按照电池正常衰减速度来看,达到更换标准的行驶里程要在24万-36万公里之间。

针对动力电池衰减的特点,国家和车企也有相应的质保规定,一般是以8年/15万公里为节点,在此范围内衰减超过20%厂家将对电池进行免费更换——虽然有此规定,但电池的检测、是否人为损坏等判断标准在实施过程中却不好把握。

此外,还有一组有意思的数据:动力电池往往在使用的第一年衰减最大,有些甚至能够达到8%左右,随后的2-3年将会衰减4%,5-6年将逐年衰减1%。

影响电池寿命的因素

温度。电池在化学变化中,有可逆部分和不可逆部分,温度越极端,不可逆部分也越严重。因此,经常将电池置于过热或过冷的温度环境中会加速电池的衰减速度。这也是为什么车企和厂家非常重视电池热管理系统的原因。

电流。正如上文所介绍的,锂电池充放电的过程就是锂离子在正负极之间来回移动的过程,当电流过大时,锂离子的移动速度跟不上电流速度,就会造成一些不可逆的损害,从而加速电池的衰减。因此,充电速度和电池衰减在某种程度上讲存在着矛盾。

放电深度(Depth of Discharge,缩写为DOD)。其对应的即我们日常所说的“过充过放”,使用时完全耗尽或是充至全满,对电池的损耗非常之大,会加快电池衰减速度。因此厂家们通常会设置相关的阈值,防止某些非常规性操作对电池组造成永久性伤害。

时间。任何锂电池长期搁置都会进行自放电,这一过程中产生的氧化物会堵塞电极材料上的微孔,造成锂离子嵌入和脱出困难,并增大内阻,降低放电效率,形成不可逆的容量损失。

充放电倍率。为了满足不同的驾驶工况,电池会采用不同的充放电倍率,当充放电倍率很大时,正极材料性质的改变和负极表面膜增厚会使得锂离子扩散困难,从而加速电池容量衰减,甚至还有可能引起电池过热等问题。

当然,电池正负极材料、电解质的组成和浓度、电池制作工艺等硬件条件也会影响到电池的衰减速度。

延缓电池衰减的方法

目前来看锂电池的电量衰减问题无法避免,但车企和厂家也在极力通过各种技术手段延缓衰减。

常规手段诸如在电池容量密度、BMS(电池管理系统)上做出相应改进,或通过提高SOC(系统级芯片)的精度延缓内部电子失活引起的电池容量衰减问题。当然,还包括研究更先进、更耐用的电池材料。

比如前不久美国阿贡实验室研发的PEDOT涂层,在充放电过程中可以为正极提供保护层,使其免受电池电解质的伤害。

比如日本东京大学研发的新材料“氧化还原层状氧化物(Na2RuO3)”,可以让电池“自我修复” ,减弱电池充放电循环的降解作用,从而延长电池寿命。

可以预见,电池衰减问题将随着技术的发展逐步得到解决。

消费者应该注意什么

对于电动汽车的消费者来讲,谁也不想看到本来就没什么优势的续航里程没开多久就大打折扣。那么在日常使用的过程中需要注意些什么呢?从影响电池寿命的因素中便能得出一些结论。

1. 尽量避免暴力驾驶的习惯。猛踩电门时,电控系统会发出讯号,让大量锂离子短时间内汇聚在放电端,长此以往会降低部分锂离子活性。

2. 快充与慢充结合使用。过大的电流会对电池产生伤害,很多车企在交付时也都会就这一点提醒车主。

3. 勿长期搁置,保证每月至少充一次电。电池的特殊性决定了闲置时间越长,越有可能造成容量损失。

4. 有条件的情况下尽量避免过充过放。不在电池电量完全耗尽后再去充电。

5. 随时关注车企对于车辆软件系统的升级。车辆系统升级不仅能改善操控的体验,甚至可以直接提高续航水平,并更好地保护电池。

无论是续航里程还是电池衰减,抑或是最近引起争议的安全问题,新能源汽车的发展最终还是要归到使用上。着力解决用户使用过程中的痛点远比堆砌硬件、吹嘘参数重要得多。

版权声明:本文系腾讯汽车独家稿件,版权为腾讯汽车所有。欢迎转载,请务必注明出处(腾讯汽车)及作者,否则必将追究法律责任。