As baterias de íons de lítio são amplamente utilizadas em veículos de nova energia devido à sua alta densidade de energia, alta densidade de potência e baixa auto-descarga. No entanto, a duração da bateria dificilmente pode atender às necessidades dos usuários, limitando o desenvolvimento de veículos elétricos. Portanto, o mecanismo de envelhecimento da bateria e o efeito da deterioração da bateria devem ser considerados ao otimizar o projeto e o gerenciamento da bateria.

Do ponto de vista do projeto da bateria: no nível da bateria, o mecanismo de envelhecimento e o modelo de decaimento da bateria precisam ser estudados, especialmente os principais parâmetros da bateria e o impacto de outros parâmetros principais (como densidade de energia e densidade de energia) na a bateria também precisa ser discutida. Os principais parâmetros observados aqui incluem a espessura, porosidade, tamanho de partícula, tamanho da célula, formato da célula, etc. dos materiais ativos do ânodo e cátodo. Esses parâmetros podem ser otimizados com base em algoritmos de otimização multiobjetivos para projetar baterias melhores. No nível do sistema de bateria, os mecanismos de envelhecimento da bateria e os modelos de degradação também são muito importantes. O impacto de fatores elétricos, mecânicos e/ou térmicos na vida útil da bateria precisa ser analisado com base em mecanismos de envelhecimento e modelos de degradação.

Do ponto de vista do gerenciamento da bateria, os mecanismos de envelhecimento da bateria e os modelos de deterioração são importantes para a avaliação da saúde da bateria (influenciada pelo uso passado e pelas condições operacionais atuais) e a previsão do desempenho.

(1) De um modo geral, a estimativa da saúde da bateria usada também é chamada de Avaliação de Saúde do Estado (SOH). Normalmente, o desempenho da bateria (como capacidade utilizável, energia utilizável e energia utilizável) diminui com a idade da bateria. Portanto, o BMS (sistema de gerenciamento de bateria) precisa estimar o SOH da bateria de acordo com o mecanismo de envelhecimento da bateria e o modelo de decaimento da bateria. Este resultado tem valor de referência importante para outros algoritmos de estimação em BMS. De acordo com os resultados do SOH, a bateria pode ser usada razoavelmente sem abusos e acidentes de segurança.
(2) Em geral, otimizar o estado operacional atual significa avaliação SOP (State of Power) e gerenciamento térmico. É claro que diferentes condições de operação têm efeitos diferentes na vida útil futura da bateria. Portanto, com base no mecanismo de envelhecimento em diferentes condições de trabalho e no modelo de degradação da bateria correspondente, o BMS pode prever os danos da bateria em diferentes condições de trabalho. Em seguida, com base na análise de vida e desempenho da bateria, usando um método de otimização online, o BMS pode coordenar o estado de carga-descarga e a temperatura da bateria.
(3) Normalmente, previsão de desempenho futuro significa previsão de RUL (Remaining Useful Life). RUL é muito útil para o gerenciamento on-line de baterias, avaliação de carros usados ​​e uso em cascata de baterias, especialmente a avaliação do valor residual das baterias. Considerando as características de desvanecimento não linear das baterias, os métodos tradicionais de extrapolação não podem prever com precisão a vida útil restante das baterias. É necessário obter previsões confiáveis ​​com base nos principais mecanismos de envelhecimento de diferentes estados de decaimento em diferentes condições de operação e nos modelos de vida útil da bateria correspondentes.

Do ponto de vista do sistema, pode-se ver que para resolver uma série de problemas de projeto e gerenciamento de baterias relacionados ao envelhecimento da bateria, é necessário revisar, resumir e analisar o status atual da pesquisa sobre o envelhecimento da bateria, incluindo fatores de influência, mecanismos de envelhecimento , modelos de envelhecimento e métodos de diagnóstico. No entanto, os artigos de revisão existentes concentram-se principalmente em um ponto típico.

O ciclo de vida da bateria inclui design, produção, aplicação de EV e uso secundário da bateria. A degradação do desempenho da bateria deve ser considerada nas etapas iniciais do projeto da bateria. Em diferentes estágios, o fenômeno de deterioração e o mecanismo de envelhecimento interno da bateria podem ser muito diferentes.

Este artigo fornece uma revisão abrangente dos principais problemas de degradação da bateria do ponto de vista do sistema, incluindo os seguintes aspectos: mecanismo de envelhecimento interno da bateria e características externas, análise de fatores que afetam a vida útil da bateria do ponto de vista do projeto, produção e aplicação, modelo de degradação da bateria, Mecanismos e modelos de envelhecimento de baterias.

Geralmente, a análise de envelhecimento da bateria deve ser realizada a partir de vários aspectos, como fatores de influência, reações laterais internas, modos de envelhecimento e influências externas, conforme mostrado na Figura 3. Os recursos externos mais intuitivos do desvanecimento da bateria são o desvanecimento da capacidade e/ou energia desvaneça. Atualmente, a maioria dos trabalhos ainda se concentra nesses dois pontos para fazer pesquisa e modelagem de envelhecimento de baterias. Normalmente, a atenuação de potência é mais difícil de estudar e é substituída pelo estudo da impedância interna.

Em relação ao modo de deterioração da bateria, para gerenciamento de bateria e diagnóstico online, o mecanismo de envelhecimento da bateria pode ser resumido como: Perda de armazenamento de íons de lítio (LLI) e perda de material ativo de ânodo/catodo (LAM). O modelo de duas caixas pode descrever o mecanismo de envelhecimento correspondente. De um modo geral, o processo de carga-descarga de uma bateria está intrinsecamente relacionado à inserção e delaminação de íons de lítio nos materiais ativos positivos e negativos. Portanto, a capacidade da bateria é determinada diretamente pela quantidade de material ativo e pelo número de íons de lítio disponíveis. O material ativo é como um tanque de água, e os íons de lítio são como a água no tanque, conforme mostrado na Figura 4. Portanto, os principais mecanismos de envelhecimento das baterias de íons de lítio são LAM (que é como mudanças no próprio tanque) e LLI (que é como perda de água no tanque). Além disso, o modo de decaimento da bateria também inclui aumento de resistência interna (RI) e perda de eletrólitos (LE). O aumento da resistência interna levará diretamente à atenuação da potência da bateria, e a capacidade disponível da bateria também diminuirá. A perda de eletrólito também é um modo muito importante de decaimento. Uma pequena perda de eletrólitos tem pouco efeito no desempenho da bateria, enquanto uma perda excessiva de eletrólitos pode levar diretamente a uma queda repentina de capacidade. O aumento da resistência interna levará diretamente à atenuação da potência da bateria, e a capacidade disponível da bateria também diminuirá. A perda de eletrólito também é um modo muito importante de decaimento. Uma pequena perda de eletrólitos tem pouco efeito no desempenho da bateria, enquanto uma perda excessiva de eletrólitos pode levar diretamente a uma queda repentina de capacidade. O aumento da resistência interna levará diretamente à atenuação da potência da bateria, e a capacidade disponível da bateria também diminuirá. A perda de eletrólito também é um modo muito importante de decaimento. Uma pequena perda de eletrólitos tem pouco efeito no desempenho da bateria, enquanto uma perda excessiva de eletrólitos pode levar diretamente a uma queda repentina de capacidade.

Dentro da bateria, esses modos de deterioração são causados ​​por alguns efeitos colaterais físicos ou químicos internos, e os efeitos colaterais relacionados ao envelhecimento são muito complexos. A LAM pode ser causada por estes fatores: esfoliação de grafite; dissolução de metais e decomposição de eletrólitos; perda de contato do material ativo devido à corrosão do coletor de corrente e decomposição do aglutinante. A formação de LLI pode estar relacionada à formação de filme SEI (solid eletrolyte interface) e espessamento contínuo, formação de CEI (cathode eletrolyte interface), deposição de íons de lítio e outros fatores. A formação de LE pode ser devido ao consumo de eletrólitos causado por reações secundárias, como espessamento do filme SEI e decomposição de eletrólitos induzida por alto potencial. Considerando que, RI pode ser causado pela formação e espessamento contínuo de SEI e LE, etc.

Os resultados mostram que existem muitos fatores que afetam as reações laterais dentro da bateria, incluindo o design da bateria, produção e condições de trabalho. Esses fatores afetarão a taxa de reações colaterais dentro da bateria, afetando assim as características de vida útil da bateria.