淺談鋰電池壽命

鋰電池作為最常見的能量存儲設備，在我們生活和工作中都常常用到。鋰電池也是電子產品短命的緊要元件之一。作者也是在某個項目中用到鋰電池，也不是專業的鋰電專業，就不班門弄斧，下文的緊要結論緊要參考電池大學（BatteryUniversity）研究結論，電池大學緊要由電池儀器廠商Cadex80年代創建，專注于電池的特性研究以及電池探測儀器的加工開發，在行業內有很高的權威。

No.1國標對鋰電池壽命的計算辦法

國標規定的鋰電池循環壽命探測條件及要求:在環境溫度20℃±5℃的條件下，以1C充電，當電池端電壓達到充電限制電壓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，放電結束后，擱置0.5h~1h，再進行下一個充放電循環，直至繼續兩次放電時間小于36min，則認為壽命終止，循環次數非得大于300次。

從國標的含義上看，我們提煉出兩點：

1、這個含義規定了循環壽命的探測是以深充深放方式進行的；？

2、鋰電池的循環壽命按照這個模式，經過≥300次循環后容量依然有60%以上可用容量。

No.2影響鋰電池壽命的因素

1.鋰電池壽命有關的因素

依據電池大學認為，影響鋰電池壽命的緊要因素有以下：

1)充電次數；

2)放電深度；

3)充電截止電壓；

4)充電速度；

5)使用溫度；

2.充電次數對壽命的影響

很多消費者甚至是部分工程師認為，很多鋰電池規格書上標注的壽命估算：充電次數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，倘若消費者一天插入充電器2次，電池壽命就惟有半年不到了。由于很多人認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，但是鋰電池沒有記憶效應，電池大學認為，鋰電池的一次完整循環應當這樣描述：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。沒有洋溢沒有放完都不算一次完整的充放電循環。倘若你的電池從滿電狀態，用了十分之一的電量，然后又洋溢了，這是十分之一個循環，這樣充10次，才基本算一個循環。一般的鋰電池的壽命的循環次數是300~500次（此時電池并沒有完全損壞，只是容量惟有初始容量的60%~70%）。

圖1電池大學認為鋰電池深充深放才算一次完整的循環

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為，鋰電池充電次數過多是有損電池的，所以使用過程中，都是滿洋溢放，等到電池容量接近0再充電，充電截止電壓設置為最高的閾值電壓4.2V。電池大學卻認為，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，循環次數約600次，壽命內供應的容量J=1AH*600=600AH，倘若以40%的DoD深度放電，可以循環3000次，壽命內供應的容量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，電池供應8年16萬公里的質保，對外宣傳就是：淺充淺放，壽命更長。

圖2；電池大學認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

電池大學認為，充電截止電壓對電池的壽命影響是關鍵性的，鋰電池在4.2V以下，有兩個緊要的準則：

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

2、洋溢電壓每下降70mV，電池的可用容量就會降低10%。

電動車，衛星中的鋰電池還非得具有8年以上的使用壽命。為實現此目的，電池僅被充電至3.90V/電池或更低。NASA的一個有趣發現是，駐留在4.10V/電池以上的鋰離子由于陰極上的電解質氧化而趨于分析，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，一旦鋰離子在衛星中傳遞了約莫40,000個周期之后，它通過了8年大關，則由這種現象引起的電池質量惡化很快就會發展。充電至3.92V/電池仿佛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）充電量可使汽車鋰電池的預期壽命提高44–130％。

大多數用于手機，筆記本電腦，平板電腦和數碼相機的設計者將將鋰電池充電至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，工業界更關注壽命，并可能選擇較低的電壓閾值，充電閾值由各個廠家自行設定，并沒有統一的標準。

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.充電速度要怎么樣影響壽命

電池大學認為，鋰電池充電速度（充電電流）對鋰電池的壽命有關鍵的影響，充電速度越快，電池的壽命越短。下圖5是900mAH鋰電池作為比較試驗，C：電池表示的容量數值。例如，2600mAh的鋰充電電池，1C=2.6A；3400mAh的鋰充電電池1C=3.4A。由試驗結果可知，1C的充電速度，500個循環后剩余滿容量為800mAH，減少100mAH，容量下降約11%。倘若以2C的充電速度充電，500個循環后剩余滿容量為500mAH，減少400mAH，容量下降約44%。今朝的手機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？

電池大學認為，鋰電池的工作溫度對電池壽命有很大的影響，試驗顯示，鋰電池經歷過100次的循環充放電，在20℃時，NCM材質鋰電池的容量只下降到97.7，而溫度升高到60℃，電池的容量下降到惟有60%左右。所以要盡可能讓電池維持在常溫的狀態。

No.3總結

通過電池大學的結論，我們了解鋰電池的壽命評估和設計是一項系統的工程，涉及到充電次數、放電深度、充電截止電壓、充電速度、使用溫度五個關鍵因素，這些因素與成本、用戶體驗、性能、質量、可靠性息息相關，這就要產品經理在詳盡的產品中做取舍，例如手機的產品經理，追求的就是充電更快、續航更長，壽命不要緊（一兩年就要換手機），而工業產品的產品經理，基本是追求產品質量更穩定，壽命更長，充電速度和續航是可以降低優先級的。

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