แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนมีการใช้กันอย่างแพร่หลายในยานยนต์พลังงานใหม่ เนื่องจากมีความหนาแน่นของพลังงานสูง ความหนาแน่นของพลังงานสูง และมีลักษณะการคายประจุเองต่ำ อย่างไรก็ตาม อายุการใช้งานของแบตเตอรี่แทบจะไม่สามารถตอบสนองความต้องการของผู้ใช้ได้ ทำให้การพัฒนายานยนต์ไฟฟ้าลดลง ดังนั้นควรพิจารณากลไกการเสื่อมสภาพของแบตเตอรี่และผลกระทบของการสลายตัวของแบตเตอรี่เมื่อปรับการออกแบบและการจัดการแบตเตอรี่ให้เหมาะสม

จากมุมมองของการออกแบบแบตเตอรี่: ที่ระดับแบตเตอรี่ ต้องศึกษากลไกการเสื่อมสภาพและรูปแบบการสลายตัวของแบตเตอรี่ โดยเฉพาะอย่างยิ่งพารามิเตอร์หลักของแบตเตอรี่และผลกระทบของพารามิเตอร์หลักอื่นๆ (เช่น ความหนาแน่นของพลังงานและความหนาแน่นของพลังงาน) บน แบตเตอรี่ยังต้องมีการพูดคุย พารามิเตอร์หลักที่ระบุไว้ในที่นี้รวมถึงความหนา ความพรุน ขนาดอนุภาค ขนาดเซลล์ รูปร่างของเซลล์ ฯลฯ ของวัสดุแอโนดและแคโทด พารามิเตอร์เหล่านี้สามารถปรับให้เหมาะสมตามอัลกอริธึมการเพิ่มประสิทธิภาพแบบหลายวัตถุประสงค์เพื่อออกแบบแบตเตอรี่ที่ดีขึ้น ที่ระดับระบบแบตเตอรี่ กลไกการเสื่อมสภาพของแบตเตอรี่และแบบจำลองการเสื่อมสภาพก็มีความสำคัญเช่นกัน ต้องวิเคราะห์ผลกระทบของปัจจัยทางไฟฟ้า ทางกล และ/หรือทางความร้อนต่ออายุการใช้งานแบตเตอรี่โดยพิจารณาจากกลไกการเสื่อมสภาพและแบบจำลองการเสื่อมสภาพ

จากมุมมองการจัดการแบตเตอรี่ กลไกการเสื่อมสภาพของแบตเตอรี่และแบบจำลองการสลายตัวมีความสำคัญต่อการประเมินสภาพของแบตเตอรี่ (ได้รับอิทธิพลจากการใช้งานในอดีตและสภาพการทำงานในปัจจุบัน) และการคาดการณ์ประสิทธิภาพ

(1) โดยทั่วไป การประมาณความสมบูรณ์ของแบตเตอรี่ที่ใช้เรียกอีกอย่างว่าการประเมินสุขภาพของรัฐ (SOH) โดยทั่วไป ประสิทธิภาพของแบตเตอรี่ (เช่น ความจุที่ใช้ได้ พลังงานที่ใช้ได้ และพลังงานที่ใช้ได้) จะลดลงตามอายุของแบตเตอรี่ ดังนั้น BMS (ระบบจัดการแบตเตอรี่) จำเป็นต้องประเมิน SOH ของแบตเตอรี่ตามกลไกอายุของแบตเตอรี่และรูปแบบการสลายตัวของแบตเตอรี่ ผลลัพธ์นี้มีค่าอ้างอิงที่สำคัญสำหรับอัลกอริธึมการประมาณค่าอื่นๆ ใน BMS จากผลลัพธ์ของ SOH แบตเตอรี่สามารถใช้งานได้อย่างสมเหตุสมผลโดยปราศจากการล่วงละเมิดและอุบัติเหตุด้านความปลอดภัย
(2) โดยทั่วไป การปรับสถานะการทำงานปัจจุบันให้เหมาะสมหมายถึงการประเมิน SOP (สถานะของกำลังไฟฟ้า) และการจัดการระบายความร้อน แน่นอนว่าสภาพการทำงานที่แตกต่างกันมีผลต่ออายุการใช้งานของแบตเตอรี่ในอนาคตต่างกันไป ดังนั้น ตามกลไกอายุภายใต้สภาพการทำงานที่แตกต่างกันและรูปแบบการเสื่อมสภาพของแบตเตอรี่ที่สอดคล้องกัน BMS สามารถคาดการณ์ความเสียหายของแบตเตอรี่ภายใต้สภาพการทำงานที่แตกต่างกัน จากนั้นตามการวิเคราะห์อายุการใช้งานและประสิทธิภาพของแบตเตอรี่โดยใช้วิธีการเพิ่มประสิทธิภาพออนไลน์ BMS สามารถประสานสถานะการคายประจุและอุณหภูมิของแบตเตอรี่ได้
(3) โดยปกติ การทำนายประสิทธิภาพในอนาคตหมายถึงการทำนาย RUL (อายุการใช้งานที่เหลืออยู่) RUL มีประโยชน์อย่างมากสำหรับการจัดการแบตเตอรี่แบบออนไลน์ การประเมินรถยนต์ที่ใช้แล้ว และการใช้แบตเตอรี่แบบเรียงซ้อน โดยเฉพาะอย่างยิ่งการประเมินมูลค่าคงเหลือของแบตเตอรี่ เมื่อพิจารณาถึงลักษณะการซีดจางที่ไม่เป็นเชิงเส้นของแบตเตอรี่ วิธีการอนุมานแบบเดิมไม่สามารถคาดการณ์อายุการใช้งานที่เหลืออยู่ของแบตเตอรี่ได้อย่างแม่นยำ จำเป็นต้องบรรลุการคาดการณ์ที่เชื่อถือได้โดยพิจารณาจากกลไกอายุหลักของสภาวะการสลายตัวที่แตกต่างกันภายใต้สภาพการทำงานที่แตกต่างกันและรุ่นอายุแบตเตอรี่ที่สอดคล้องกัน

จากมุมมองของระบบ จะเห็นได้ว่าในการแก้ปัญหาชุดการออกแบบแบตเตอรี่และการจัดการที่เกี่ยวข้องกับอายุแบตเตอรี่ มีความจำเป็นต้องทบทวน สรุป และวิเคราะห์สถานะการวิจัยในปัจจุบันของอายุแบตเตอรี่ รวมทั้งปัจจัยที่มีอิทธิพล กลไกอายุ , แบบจำลองอายุและวิธีการวินิจฉัย อย่างไรก็ตาม เอกสารทบทวนที่มีอยู่ส่วนใหญ่เน้นที่ประเด็นทั่วไป

วงจรอายุแบตเตอรี่รวมถึงการออกแบบแบตเตอรี่ การผลิต แอพพลิเคชั่น EV และการใช้งานรอง การเสื่อมประสิทธิภาพของแบตเตอรี่ควรพิจารณาในขั้นตอนการออกแบบแบตเตอรี่แรกสุด ในแต่ละขั้นตอน ปรากฏการณ์การสลายตัวและกลไกการเสื่อมสภาพภายในของแบตเตอรี่อาจแตกต่างกันมาก

เอกสารนี้ให้การทบทวนอย่างครอบคลุมในประเด็นสำคัญของการเสื่อมสภาพของแบตเตอรี่จากมุมมองของระบบ รวมถึงประเด็นต่อไปนี้: กลไกการเสื่อมสภาพภายในของแบตเตอรี่และลักษณะภายนอก การวิเคราะห์ปัจจัยที่ส่งผลต่ออายุการใช้งานแบตเตอรี่จากมุมมองของการออกแบบ การผลิตและการใช้งาน แบบจำลองการเสื่อมสภาพของแบตเตอรี่ กลไกและรุ่นอายุของแบตเตอรี่

โดยทั่วไป การวิเคราะห์อายุแบตเตอรี่ควรดำเนินการจากหลายๆ ด้าน เช่น ปัจจัยที่มีอิทธิพล ปฏิกิริยาข้างเคียงภายใน โหมดการเสื่อมสภาพ และอิทธิพลภายนอก ดังแสดงในรูปที่ 3 คุณสมบัติภายนอกที่ใช้งานง่ายที่สุดของการจางของแบตเตอรี่คือความจุจางและ/หรือกำลัง เลือนหายไป. ในปัจจุบัน เอกสารส่วนใหญ่ยังคงเน้นที่สองประเด็นนี้เพื่อทำการวิจัยและการสร้างแบบจำลองอายุแบตเตอรี่ โดยทั่วไป การลดทอนกำลังจะยากต่อการศึกษาและแทนที่ด้วยการศึกษาอิมพีแดนซ์ภายใน

เกี่ยวกับโหมดการสลายตัวของแบตเตอรี่ สำหรับการจัดการแบตเตอรี่และการวินิจฉัยทางออนไลน์ กลไกการเสื่อมอายุของแบตเตอรี่สามารถสรุปได้ดังนี้: การสูญเสียการจัดเก็บลิเธียมไอออน (LLI) และการสูญเสียวัสดุแอกทีฟแอโนด/แคโทด (LAM) โมเดลสองกล่องสามารถอธิบายกลไกการชราภาพที่สอดคล้องกันได้ โดยทั่วไป กระบวนการคายประจุและคายประจุของแบตเตอรี่มีความเกี่ยวข้องภายในกับการสอดและการแยกชั้นของลิเธียมไอออนบนวัสดุแอกทีฟเชิงบวกและเชิงลบ ดังนั้นความจุของแบตเตอรี่จะถูกกำหนดโดยตรงโดยปริมาณของวัสดุที่ใช้งานและจำนวนลิเธียมไอออนที่มีอยู่ สารออกฤทธิ์เหมือนถังเก็บน้ำ และลิเธียมไอออนก็เหมือนน้ำในถัง ดังแสดงในรูปที่ 4 ดังนั้นกลไกการเสื่อมสภาพหลักของแบตเตอรี่ Li-ion คือ LAM (ซึ่งเหมือนกับการเปลี่ยนแปลงในถัง) และ LLI (ซึ่งเหมือนกับการสูญเสียน้ำในถัง) นอกจากนี้ โหมดการสลายตัวของแบตเตอรี่ยังรวมถึงการเพิ่มความต้านทานภายใน (RI) และการสูญเสียอิเล็กโทรไลต์ (LE) ความต้านทานภายในที่เพิ่มขึ้นจะนำไปสู่การลดทอนกำลังของแบตเตอรี่โดยตรง และความจุของแบตเตอรี่ที่มีอยู่ก็จะลดลงด้วย การสูญเสียอิเล็กโทรไลต์ก็เป็นโหมดการสลายตัวที่สำคัญมากเช่นกัน การสูญเสียอิเล็กโทรไลต์เล็กน้อยมีผลเพียงเล็กน้อยต่อประสิทธิภาพของแบตเตอรี่ ในขณะที่การสูญเสียอิเล็กโทรไลต์มากเกินไปอาจทำให้ความจุลดลงอย่างกะทันหันโดยตรง ความต้านทานภายในที่เพิ่มขึ้นจะนำไปสู่การลดทอนกำลังของแบตเตอรี่โดยตรง และความจุของแบตเตอรี่ที่มีอยู่ก็จะลดลงด้วย การสูญเสียอิเล็กโทรไลต์ก็เป็นโหมดการสลายตัวที่สำคัญมากเช่นกัน การสูญเสียอิเล็กโทรไลต์เล็กน้อยมีผลเพียงเล็กน้อยต่อประสิทธิภาพของแบตเตอรี่ ในขณะที่การสูญเสียอิเล็กโทรไลต์มากเกินไปอาจทำให้ความจุลดลงอย่างกะทันหันโดยตรง ความต้านทานภายในที่เพิ่มขึ้นจะนำไปสู่การลดทอนกำลังของแบตเตอรี่โดยตรง และความจุของแบตเตอรี่ที่มีอยู่ก็จะลดลงด้วย การสูญเสียอิเล็กโทรไลต์ก็เป็นโหมดการสลายตัวที่สำคัญมากเช่นกัน การสูญเสียอิเล็กโทรไลต์เล็กน้อยมีผลเพียงเล็กน้อยต่อประสิทธิภาพของแบตเตอรี่ ในขณะที่การสูญเสียอิเล็กโทรไลต์มากเกินไปอาจทำให้ความจุลดลงอย่างกะทันหันโดยตรง

ภายในแบตเตอรี่ โหมดการสลายตัวเหล่านี้เกิดจากผลข้างเคียงทางกายภาพหรือทางเคมีภายใน และผลข้างเคียงที่เกี่ยวข้องกับการเสื่อมสภาพนั้นซับซ้อนมาก LAM อาจเกิดจากปัจจัยเหล่านี้: การขัดผิวด้วยกราไฟท์; การละลายของโลหะและการสลายตัวของอิเล็กโทรไลต์ การสูญเสียการสัมผัสของวัสดุที่ใช้งานอยู่เนื่องจากการกัดกร่อนของตัวสะสมในปัจจุบันและการสลายตัวของสารยึดเกาะ การก่อตัวของ LLI อาจเกี่ยวข้องกับการเกิดฟิล์ม SEI (ส่วนต่อประสานอิเล็กโทรไลต์ที่เป็นของแข็ง) และการทำให้หนาขึ้นอย่างต่อเนื่อง การก่อตัว CEI (ส่วนต่อประสานของอิเล็กโทรไลต์แคโทด) การสะสมลิเธียมไอออน และปัจจัยอื่นๆ การก่อตัวของ LE อาจเกิดจากการใช้อิเล็กโทรไลต์ที่เกิดจากปฏิกิริยาข้างเคียง เช่น ฟิล์ม SEI หนาขึ้นและการสลายตัวของอิเล็กโทรไลต์ที่มีศักยภาพสูง ในขณะที่ RI อาจเกิดจากการก่อตัวและการทำให้ SEI และ LE หนาขึ้นอย่างต่อเนื่องเป็นต้น

ผลการวิจัยพบว่ามีหลายปัจจัยที่ส่งผลต่อปฏิกิริยาข้างเคียงภายในแบตเตอรี่ รวมถึงการออกแบบแบตเตอรี่ การผลิต และสภาพการทำงาน ปัจจัยเหล่านี้จะส่งผลต่ออัตราการเกิดปฏิกิริยาข้างเคียงภายในแบตเตอรี่ ซึ่งส่งผลต่อลักษณะอายุการใช้งานของแบตเตอรี่