鋰電池作為最常見的能量存儲設(shè)備，在我們生活和工作中都經(jīng)常用到。鋰電池也是電子產(chǎn)品短命的主要元件之一。作者也是在某個項目中用到鋰電池，也不是專業(yè)的鋰電專業(yè)，就不班門弄斧，下文的主要結(jié)論主要參考電池大學(xué)（Battery University） 研究結(jié)論，電池大學(xué)主要由電池儀器廠商Cadex 80年代創(chuàng)建，專注于電池的特性研究以及電池測試儀器的生產(chǎn)開發(fā)，在行業(yè)內(nèi)有很高的權(quán)威。

 

       No.1國標(biāo)對鋰電池壽命的計算方法

 

       國標(biāo)規(guī)定的鋰電池循環(huán)壽命測試條件及要求:在環(huán)境溫度20℃±5℃的條件下，以1C充電，當(dāng)電池端電壓達(dá)到充電限制電壓4.2V時，改為恒壓充電，直到充電電流小于或等于1/20C，停止充電，擱置0.5h~1h，然后以1C電流放電至終止電壓2.75V，放電結(jié)束后，擱置0.5h~1h，再進(jìn)行下一個充放電循環(huán)，直至連續(xù)兩次放電時間小于36min，則認(rèn)為壽命終止，循環(huán)次數(shù)必須大于300次。

 

       從國標(biāo)的定義上看，我們提煉出兩點：

 

       1、這個定義規(guī)定了循環(huán)壽命的測試是以深充深放方式進(jìn)行的；？

       2、鋰電池的循環(huán)壽命按照這個模式，經(jīng)過≥300次循環(huán)后容量仍然有60%以上可用容量。

 

       No.2影響鋰電池壽命的因素

 

       1.鋰電池壽命有關(guān)的因素

 

       根據(jù)電池大學(xué)認(rèn)為，影響鋰電池壽命的主要因素有以下：

 

       1) 充電次數(shù)；

       2) 放電深度；

       3) 充電截止電壓；

       4) 充電速度；

       5) 使用溫度；

 

       2.充電次數(shù)對壽命的影響

 

       很多消費者甚至是部分工程師認(rèn)為，很多鋰電池規(guī)格書上標(biāo)注的壽命估算：充電次數(shù)300次左右，以為是只要插入充電器一次，就算一次充電，這樣估算的話，如果消費者一天插入充電器2次，電池壽命就只有半年不到了。由于很多人認(rèn)識電池還是停留在鎳氫電池和鎳鎘電池上，由于該類型的電池是具備記憶效應(yīng)，但是鋰電池沒有記憶效應(yīng)，電池大學(xué)認(rèn)為，鋰電池的一次完整循環(huán)應(yīng)該這樣描述：鋰電池以1C（充電最大電流）的電流充電到額定電壓4.2V，并且以0.05C充電電流涓流充電至電池飽和，然后再以1C的放電速度放電到3V，此過程為一次完整的充放電循環(huán)。沒有充滿沒有放完都不算一次完整的充放電循環(huán)。如果你的電池從滿電狀態(tài)，用了十分之一的電量，然后又充滿了，這是十分之一個循環(huán)，這樣充10次，才基本算一個循環(huán)。一般的鋰電池的壽命的循環(huán)次數(shù)是300~500次（此時電池并沒有完全損壞，只是容量只有初始容量的60%~70%）。

圖1 電池大學(xué)認(rèn)為鋰電池深充深放才算一次完整的循環(huán)

 

       3.放電深度DoD對壽命的影響

 

       很多消費者甚至是部分工程師認(rèn)為，鋰電池充電次數(shù)過多是有損電池的，所以使用過程中，都是滿充滿放，等到電池容量接近0再充電，充電截止電壓設(shè)置為最高的閾值電壓4.2V。電池大學(xué)卻認(rèn)為，鋰電池放電深度越低越好，如下圖2，舉個例子，1AH的LiPO4電池，100% DoD時，循環(huán)次數(shù)約600次，壽命內(nèi)提供的容量 J=1AH*600=600AH，如果以40%的DoD深度放電，可以循環(huán)3000次，壽命內(nèi)提供的容量 J=1AH*0.4*3000=1200AH，比100%放電深度提高了50%的壽命。豐田的雙擎混動汽車，電池提供8年16萬公里的質(zhì)保，對外宣傳就是：淺充淺放，壽命更長。

圖2；電池大學(xué)認(rèn)為淺充淺放更有利于電池的壽命

 

       4.充電電壓對壽命的影響

 

       電池大學(xué)認(rèn)為，充電截止電壓對電池的壽命影響是關(guān)鍵性的，鋰電池在4.2V以下，有兩個重要的準(zhǔn)則：

 

       1、充電截止電壓在4.2V以下，每降低0.1V，可充電的循環(huán)次數(shù)就會提高一倍。

 

       2、充滿電壓每下降70mV，電池的可用容量就會降低10%。

 

       電動汽車，衛(wèi)星中的鋰離子電池還必須具有8年以上的使用壽命。為實現(xiàn)此目的，電池僅被充電至3.90V /電池或更低。NASA的一個有趣發(fā)現(xiàn)是，駐留在4.10V /電池以上的鋰離子由于陰極上的電解質(zhì)氧化而趨于分解，而充電至較低電壓的鋰離子則由于SEI在陽極上積聚而失去容量。美國國家航空航天局（NASA）報告說，一旦鋰離子在衛(wèi)星中傳遞了大約40,000個周期之后，它通過了8年大關(guān)，則由這種現(xiàn)象引起的電池質(zhì)量惡化很快就會發(fā)展。充電至3.92V /電池似乎可以最大程度地延長使用壽命，但這只能使容量降低約60％。瑞典查爾默斯科技大學(xué)報告說，使用降低的50％SOC（state-of-charge 充電方式 ）充電量可使汽車鋰離子電池的預(yù)期壽命提高44–130％。

 

       大多數(shù)用于手機(jī)，筆記本電腦，平板電腦和數(shù)碼相機(jī)的設(shè)計者將將鋰離子電池充電至4.20V 。這是運行的極限閾值。因為消費電子更新周期一般是3年，使用者希望的是更長的續(xù)航時間，很多山寨品牌就是為了追求榨干所有的容量，將充電電壓提高到4.3V甚至更高。另一方面，工業(yè)界更關(guān)注壽命，并可能選擇較低的電壓閾值，充電閾值由各個廠家自行設(shè)定，并沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。

 

       下圖3顯示，充電截止電壓越低，對壽命越有利。

圖3；充電截止電壓對壽命的影響

 

       下圖4顯示，黃色曲線表面，電池充電到75%，放電到65%容量時，即使循環(huán)8000次，容量損失也非常小。

圖4；充電策略對壽命的影響

 

       5.充電速度如何影響壽命

 

       電池大學(xué)認(rèn)為，鋰電池充電速度（充電電流）對鋰電池的壽命有關(guān)鍵的影響，充電速度越快，電池的壽命越短。下圖5是900mAH鋰電池作為對比實驗，C：電池表示的容量數(shù)值。例如，2600mAh的鋰充電電池，1C=2.6A；3400mAh的鋰充電電池1C=3.4A。由實驗結(jié)果可知，1C的充電速度，500個循環(huán)后剩余滿容量為800mAH，減少100mAH，容量下降約11%。如果以2C的充電速度充電，500個循環(huán)后剩余滿容量為500mAH，減少400mAH，容量下降約44%�，F(xiàn)在的手機(jī)廠商都在追求充電速度，卻是犧牲電池壽命為代價，好在消費電子更新頻率足夠高。

圖5；充電速度對壽命的影響

 

       6.溫度對壽命的影響？

 

       電池大學(xué)認(rèn)為，鋰電池的工作溫度對電池壽命有很大的影響，實驗顯示，鋰電池經(jīng)歷過100次的循環(huán)充放電，在20℃時，NCM材質(zhì)鋰電池的容量只下降到97.7，而溫度升高到60℃，電池的容量下降到只有60%左右。所以要盡可能讓電池維持在常溫的狀態(tài)。

       No.3總結(jié)

 

       通過電池大學(xué)的結(jié)論，我們知道鋰電池的壽命評估和設(shè)計是一項系統(tǒng)的工程，涉及到充電次數(shù)、放電深度、充電截止電壓、充電速度、使用溫度五個關(guān)鍵因素，這些因素與成本、用戶體驗、性能、質(zhì)量、可靠性息息相關(guān)，這就需要產(chǎn)品經(jīng)理在具體的產(chǎn)品中做取舍，例如手機(jī)的產(chǎn)品經(jīng)理，追求的就是充電更快、續(xù)航更長，壽命不要緊（一兩年就要換手機(jī)），而工業(yè)產(chǎn)品的產(chǎn)品經(jīng)理，基本是追求產(chǎn)品質(zhì)量更穩(wěn)定，壽命更長，充電速度和續(xù)航是可以降低優(yōu)先級的。