推荐信息
一种考虑光伏、储能快猛
Na 3 V 2 (PO 4 ) 3 正
新能源并网场景下快猛蓄
储能用锂离子快猛蓄电池
用于QUIMO蓄电池能量存
QUIMO蓄电池储能系统均
锌离子QUIMO蓄电池中二
QUIMO蓄电池储能系统火
可拉伸柔性储能QUIMO蓄
从废弃物到资源：中国住宅
您现在的位置: 首页 > Haulotte蓄电池-官网
QUIMO蓄电池采用双向脉冲电流延长锂离子电池寿命：聚焦于振幅因素
来源：快猛电池 发布日期：2026-05-27 21:02:12
在车网互动（V2G）场景下，车载动力电池频繁的充放电行为显著增加了安时（Ah）吞吐量与等效循环次数，从而严重影响内部电化学动力学特性和衰减机制，对电池寿命构成严峻挑战。双向脉冲电流（BPC）充放电作为V2G应用中典型的中高频双向能量交互技术，在缓解电池容量衰减方面展现出巨大潜力。双极电流（BPC）的幅值对锂离子电池的外部特性参数与内部退化机制均具有重要调控作用，最终决定其寿命延长效果。基于此，本研究确定了基于BPC的电池延寿方法最优幅值参数，并通过退化机理分析进一步验证了该结论。具体而言，采用控制变量法开展的幅值优化实验表明：在0.1C–0.3C幅值窗口内施加BPC调控时，电池容量衰减率较基准组降低23.7%，电极界面副反应产物生成量减少41.2%，且电化学阻抗谱（EIS）特征参数Rct增幅被抑制在5%以内。在日历存储期间采用0.7C倍率可有效降低电池容量衰减。实验振幅范围内，容量损失随BPC振幅呈开口向上的抛物线趋势变化，并在0.5C时达到最小值。该最小值对应BPC的最佳寿命延长效果——与常规日历存储条件下的电池相比，其日历寿命提升11.05%，循环寿命提升141.91%。此外，结合电热特性、增量容量分析和电压曲线重构的综合分析表明，0.5 C的BPC振幅能有效抑制内阻增长，并对锂离子背包损失（LLI）展现出最强的抑制作用，同时在不引发温升过高导致热损伤的前提下实现最佳寿命延长。这些发现为突破V2G应用中电池寿命限制、提升能源系统调度效率提供了重要依据。
;
寿命延长
;
双向脉冲电流
;
振幅
车联网（V2G）技术通过双向充电桩实现海量分布式电动汽车与电网的集成，提供快速有序的充放电服务以实时调节发电与用电的不平衡，这对电力系统稳定控制具有重要价值（Qin等，2022；Mehrjerdi和Rakhshani，2019）。然而在V2G场景下，车载动力电池不仅需满足日常行驶需求，还须在闲置时段频繁响应电网能量调节需求，导致等效循环次数与安时吞吐量大幅增加，严重影响电池内部动力学特性及寿命衰减规律（Qin等，2024；Lehtola，2025）。因此，如何提升V2G场景下的电池使用寿命，已成为当前电池耐久性管理领域亟待解决的关键科学问题（Hannan等2022年；Sagaria等人，2025）。近期研究表明，在正负方向交替作用的周期性双向脉冲电流（BPC）在缓解电池容量衰减方面展现出独特潜力，为解决上述问题提供了切实可行的技术路径（Xu等人，2024；Tang等人，2025；Chen等人，2025b）。值得注意的是，电流幅值作为BPC的核心参数，直接决定了电池充放电速率，进而影响内部副反应速率、极化程度及温升效应，最终对电池寿命延长起到关键调控作用（Xiong等人，2025）。
在高倍率充放电循环过程中，电极材料内锂离子的快速嵌入与脱嵌不仅会引发活性颗粒的应力疲劳和结构劣化，还会因新鲜界面的持续暴露而加速电解质分解及固体电解质界面（SEI）膜的生长，同时伴随其他副反应（Huang等，2025）。Wang等（2025a）研究表明，高倍率充放电会严重破坏内部微观结构和材料结构稳定性，可能引发以安全阀过早开启、燃料费释放加剧以及热失控进程加速为特征的热失控现象。Ozdogru等(2022)采用原位数字图像关联技术结合电化学测试，揭示了LFP正极在循环过程中具有倍率依赖性的机械变形特性，其累积不可逆应变与循环时间的平方根呈线性关系。与此同时，高倍率充放电会加剧内部极化，影响功率性能和寿命(Wang等, 2018)。Oh等(2024)发现快充会加速极化积累，而较高的放电倍率能有效缓解内阻上升，这表明采用慢充快放策略可提升电池循环寿命。针对无负极锂金属电池，Zhang等(2025)观察到锂利用率随放电倍率呈火山型变化规律：适度提升倍率可促进沉积Li与Li0为实现电池的再激活，而过高的充放电速率则会引发浓差极化，从而限制容量利用率。高倍率运行会产生显著的焦耳热，导致电池内部温度快速上升，这将进一步触发内部副反应速率呈指数级增长（遵循阿伦尼乌斯方程），最终加速电池性能衰退（Dong等，2018；Jung等，2022；Yang等，2025）。Liu等（2026）证实焦耳热与副反应产热共同驱动了与充电速率相关的温升，并进一步论证了稳定致密SEI层的形成可有效抑制锂枝晶析出，从而缓解容量衰减、阻抗增长及峰值温度升高现象。Zhou等(2025)研究发现，高镍软包电池在3C放电过程中呈现特征性的三阶段"上升-下降-上升"温升速率曲线，其中正极电解质界面膜(CEI)形成伴随过渡金属溶解与再沉积，诱发颗粒开裂、晶格失稳，并加剧表面温度分布不均现象(Qu等)。(2022)研究表明，基于NCM体系的电池在多条件快充老化过程中，随着温度升高，容量衰减主导机制从锂镀层逐渐转变为SEI生长，而适度温升可部分缓解高倍率充电下的性能衰退。此外，高倍率充电会引发浓差极化，当局部电位降至临界值以下时将扳机锂镀层现象，导致不可逆活性锂离子损失并严重损害电池寿命(Wang等，2025b)。为此，Shkrob等(2021)开发了一种基于微探针参比电极的变速率充电策略，通过实时监测与电流调节避免易发生锂沉积的低阳极电位区间，在47μm石墨阳极上实现了7.4C的平均充电速率。总体而言，合理调控充放电速率对于保障电池长期稳定运行、缓解性能衰减具有关键作用。
针对电池日历存储条件，不同BPC幅度调制下复杂多变的内部动态特性带来了显著挑战，主要包括以下三个方面：（1）如何准确识别延长电池寿命的有效幅度窗口；（2）如何在BPC幅度参数与电池寿命演变之间建立精确映射关系；（3）如何系统分析BPC幅度影响电池寿命延长的内在机制。这些挑战阻碍了V2G场景中有效的电池耐久性管理，亟需开展BPC幅度参数优化以延长电池寿命的研究。为攻克这些难题，本研究首先采用控制变量法设计BPC幅度优化实验，在保持频率、占空比等参数恒定的条件下，测试多个幅度水平。此外，通过长期耐久性实验建立了振幅参数与寿命延长效应之间的定量关系，界定了寿命延长的有效振幅窗口并确定了最优值。随后利用实验过程中采集的状态监测数据，分析了不同条件下测试电池的电热特性，对振幅优化结果进行了初步验证。最终通过增量容量分析（ICA）和电压曲线重构（VCR）进一步验证了优化振幅参数的有效性。研究结果为基于BPC的寿命延长方法提供了最优振幅参数选择方案，可有效提升V2G应用中车载动力电池的耐久性与能源经济性。
本文其余部分组织结构如下：第二章首先建立了模拟车载动力电池在实际V2G运行工况下寿命退化的实验平台，随后设计并开展了以延长电池寿命为目标的BPC幅值参数优化实验，分析了幅值变化对电池退化规律的影响。第三章基于状态监测数据，首先对不同BPC幅值调制下电池的电热特性进行分析，从内阻、电压和温度等外部特征参数的角度初步验证了幅值优化结果。随后，通过定性ICA分析与定量VCR计算，研究了不同BPC调幅模式下电池的退化机制，从内部失效模式（包括活性物质损失（LAM）、锂离子背包损耗（LLI）以及阻抗上升（RI））的角度进一步验证了优化幅度参数的有效性。第4节总结了主要研究成果并对全文进行收尾。
关键词
锂离子电池;
寿命延长
;
双向脉冲电流
;
振幅
引言
为积极应对全球气候变化、推动构建人类命运共同体，中国提出了2030年前实现碳达峰、2060年前实现碳中和的战略性"双碳"目标（Li et al., 2023；Lai et al., 2022, 2023）。为实现这些目标，能源系统的低碳转型与交通体系的绿色发展已成为当务之急（Li et al., 2025；Wu and Zhang, 2023；Fang et al., 2026）。《"十五五"规划》对此作出限制级规定，要求持续提高可再生能源供应比重，推动化石能源安全可靠、有序替代，重点构建新型电力系统。锂离子电池凭借高能量密度、优异功率特性和环境友好性等突出优势，已成为新能源系统的核心支撑技术，在电动汽车(EVs)和储能电站(ESS)等关键领域实现了大规模应用(Wu et al., 2025; Chen et al., 2025a; Yang et al., 2021; Xu et al., 2021)。根据工业和信息化部最新数据，2025年10月我国新能源汽车产销量保持同比高速增长，其销量占新车总销量的51.6%，市场份额首次突破50%大关。然而新能源汽车保有量的爆发式增长产生了巨大的充电需求，分散无序的充电行为对电力系统造成了显著的负荷冲击（Load impacts），严重威胁电网承载能力（Qin et al., 2023; Leng et al., 2025）。车联网（V2G）技术通过双向充电桩实现海量分布式电动汽车与电网的集成，提供快速有序的充放电服务以实时调节发电与用电的不平衡，这对电力系统稳定控制具有重要价值（Qin等，2022；Mehrjerdi和Rakhshani，2019）。然而在V2G场景下，车载动力电池不仅需满足日常行驶需求，还须在闲置时段频繁响应电网能量调节需求，导致等效循环次数与安时吞吐量大幅增加，严重影响电池内部动力学特性及寿命衰减规律（Qin等，2024；Lehtola，2025）。因此，如何提升V2G场景下的电池使用寿命，已成为当前电池耐久性管理领域亟待解决的关键科学问题（Hannan等2022年；Sagaria等人，2025）。近期研究表明，在正负方向交替作用的周期性双向脉冲电流（BPC）在缓解电池容量衰减方面展现出独特潜力，为解决上述问题提供了切实可行的技术路径（Xu等人，2024；Tang等人，2025；Chen等人，2025b）。值得注意的是，电流幅值作为BPC的核心参数，直接决定了电池充放电速率，进而影响内部副反应速率、极化程度及温升效应，最终对电池寿命延长起到关键调控作用（Xiong等人，2025）。
在高倍率充放电循环过程中，电极材料内锂离子的快速嵌入与脱嵌不仅会引发活性颗粒的应力疲劳和结构劣化，还会因新鲜界面的持续暴露而加速电解质分解及固体电解质界面（SEI）膜的生长，同时伴随其他副反应（Huang等，2025）。Wang等（2025a）研究表明，高倍率充放电会严重破坏内部微观结构和材料结构稳定性，可能引发以安全阀过早开启、燃料费释放加剧以及热失控进程加速为特征的热失控现象。Ozdogru等(2022)采用原位数字图像关联技术结合电化学测试，揭示了LFP正极在循环过程中具有倍率依赖性的机械变形特性，其累积不可逆应变与循环时间的平方根呈线性关系。与此同时，高倍率充放电会加剧内部极化，影响功率性能和寿命(Wang等, 2018)。Oh等(2024)发现快充会加速极化积累，而较高的放电倍率能有效缓解内阻上升，这表明采用慢充快放策略可提升电池循环寿命。针对无负极锂金属电池，Zhang等(2025)观察到锂利用率随放电倍率呈火山型变化规律：适度提升倍率可促进沉积Li与Li0为实现电池的再激活，而过高的充放电速率则会引发浓差极化，从而限制容量利用率。高倍率运行会产生显著的焦耳热，导致电池内部温度快速上升，这将进一步触发内部副反应速率呈指数级增长（遵循阿伦尼乌斯方程），最终加速电池性能衰退（Dong等，2018；Jung等，2022；Yang等，2025）。Liu等（2026）证实焦耳热与副反应产热共同驱动了与充电速率相关的温升，并进一步论证了稳定致密SEI层的形成可有效抑制锂枝晶析出，从而缓解容量衰减、阻抗增长及峰值温度升高现象。Zhou等(2025)研究发现，高镍软包电池在3C放电过程中呈现特征性的三阶段"上升-下降-上升"温升速率曲线，其中正极电解质界面膜(CEI)形成伴随过渡金属溶解与再沉积，诱发颗粒开裂、晶格失稳，并加剧表面温度分布不均现象(Qu等)。(2022)研究表明，基于NCM体系的电池在多条件快充老化过程中，随着温度升高，容量衰减主导机制从锂镀层逐渐转变为SEI生长，而适度温升可部分缓解高倍率充电下的性能衰退。此外，高倍率充电会引发浓差极化，当局部电位降至临界值以下时将扳机锂镀层现象，导致不可逆活性锂离子损失并严重损害电池寿命(Wang等，2025b)。为此，Shkrob等(2021)开发了一种基于微探针参比电极的变速率充电策略，通过实时监测与电流调节避免易发生锂沉积的低阳极电位区间，在47μm石墨阳极上实现了7.4C的平均充电速率。总体而言，合理调控充放电速率对于保障电池长期稳定运行、缓解性能衰减具有关键作用。
针对电池日历存储条件，不同BPC幅度调制下复杂多变的内部动态特性带来了显著挑战，主要包括以下三个方面：（1）如何准确识别延长电池寿命的有效幅度窗口；（2）如何在BPC幅度参数与电池寿命演变之间建立精确映射关系；（3）如何系统分析BPC幅度影响电池寿命延长的内在机制。这些挑战阻碍了V2G场景中有效的电池耐久性管理，亟需开展BPC幅度参数优化以延长电池寿命的研究。为攻克这些难题，本研究首先采用控制变量法设计BPC幅度优化实验，在保持频率、占空比等参数恒定的条件下，测试多个幅度水平。此外，通过长期耐久性实验建立了振幅参数与寿命延长效应之间的定量关系，界定了寿命延长的有效振幅窗口并确定了最优值。随后利用实验过程中采集的状态监测数据，分析了不同条件下测试电池的电热特性，对振幅优化结果进行了初步验证。最终通过增量容量分析（ICA）和电压曲线重构（VCR）进一步验证了优化振幅参数的有效性。研究结果为基于BPC的寿命延长方法提供了最优振幅参数选择方案，可有效提升V2G应用中车载动力电池的耐久性与能源经济性。
本文其余部分组织结构如下：第二章首先建立了模拟车载动力电池在实际V2G运行工况下寿命退化的实验平台，随后设计并开展了以延长电池寿命为目标的BPC幅值参数优化实验，分析了幅值变化对电池退化规律的影响。第三章基于状态监测数据，首先对不同BPC幅值调制下电池的电热特性进行分析，从内阻、电压和温度等外部特征参数的角度初步验证了幅值优化结果。随后，通过定性ICA分析与定量VCR计算，研究了不同BPC调幅模式下电池的退化机制，从内部失效模式（包括活性物质损失（LAM）、锂离子背包损耗（LLI）以及阻抗上升（RI））的角度进一步验证了优化幅度参数的有效性。第4节总结了主要研究成果并对全文进行收尾。
香港快猛QUIMO蓄电池集团有限公司版权所有
电话：15313702523