摘要：目前，全球都高度重视锂离子电池循环寿命的优化安全性与可靠性，特别是我国，为满足国家提出的节能环保要求，在锂离子电池循环寿命的影响因素方面还需要进行深度分析，主要内容包括电池材料老化以及充放电制度等等。对此，本文提出锂离子电池循环寿命优化方法，以此达到良好的循环使用安全性及可靠性目标，为相关技术领域研究人员提供参考。

关键词：锂离子电池；循环寿命；安全性；可靠性；优化方法

前言：

随着新能源产业的快速发展，人们对电池行业加大了关注力度，尤其是在锂离子电池循环使用以及寿命周期方面非常重视，同时也与环境保护问题产生直接关系。对此，加大研究力度是具有重要价值意义的。因锂离子电池具有能量密度高以及循环寿命长等特点，在不同的领域内获得了广泛使用，如电动汽车、电子产品等等。尤其是锂离子电池的循环寿命，作为电池性能是否良好的重要评价指标，一旦电池容量开始出现衰减情况，就会对电池循环使用寿命带来不利影响。另外，锂离子电池可以依据充放电制度，了解其寿命使用的循环次数，以此确定锂离子电池的寿命终止时间。严格依据充电标准进行充电，避免充放电过程中的错误操作引发不利的化学反应，这对锂离子电池正常循环使用寿命会带来不良影响。同时还需要采用正确的方法对锂离子电池的循环寿命性能进行有效评估，这能为电池健康管理提供重要的参考依据[1]。

一、循环寿命的影响因素

（一）电池材料的老化衰退

锂离子电池内部是由多种材料组合而成的，如正负极活性物质、导电剂以及电解液等等。随着锂离子电池的长时间使用，这些内部材料都会出现不同程度的应用老化，这也是锂离子电池循环寿命缩短的主要因素之一。不仅如此，内部存在的其他化学物质也会不断扩散，并且随着气体排出，同时也会存在材料颗粒不断破裂分解的状况。尤其是电池在不断地循环使用中出现内部材料变化等现象，这都是受温度变化影响而造成的，继而对电池内部的金属锂造成大量流失，直接导致了电池正极材料的老化。除此之外，将多次循环使用的电池进行拆解后，并采用扣式性能测试方法，对电池的负极材料进行有效分析，发现在经过多次循环后的锂离子电池也会存在不同程度的衰减，继而出现电池负极位置过度膨胀的情况，这也是直接导致锂离子电池循环使用寿命缩短的重要因素[2]。

（二）充放电制度

对锂离子电池开展性能测试工作，确保落实充放电制度，同时落实曲线观测理念，可以更加全面地了解锂离子电池整体充放电过程的实际情况，以此获得电池循环寿命的使用时间。在充放电电流出现极化反应时，直接影响到电池的充电效率，并且还会对电池析气性能造成不利影响，直接缩短锂离子电池的循环寿命。不仅如此，经大量研究实验发现，采用马斯理论方法可以了解整体电池充电以及电流耗尽的曲线流程。在经过多种方法对比后，发现恒流充电方式会导致充电过程电流急速流失，继而影响电池内部析气效率，直接对循环寿命期间的安全性以及可靠性带来不利影响。除此之外，采用恒压充电方法可能导致电池在初期阶段电流快速流失，直接影响到电池循环寿命周期。对此，可以将恒压充电法与恒流充电法进行有效结合，继而弥补电流快速流失以及电压超高的不足，目前已经得到研究人员的广泛使用[3]。

（三）温度

由于不同型号的锂离子电池在不同环境温度下使用，其温度的变化都会直接影响到电池的循环寿命。对此，可以展开以下分析。首先，当环境温度高于45℃后，会发现与低于45℃环境温度以下相比，电池的循环寿命明显缩短。另外，当温度低于-10℃时，电池内部储电容量也会明显缩减。因为过低的温度已经超出了锂离子电池能够承受的温度范围，无法满足电池循环寿命整个周期所需的安全性及可靠性条件，继而出现电池内部锂离子导电效率下降的情况。此外，在对温度变化曲线图进行分析后发现，温度过低时电池内部会生成抗阻，这对锂离子电池正负极反应带来不利影响，会出现电荷急速转移的现象，不利于电池良好循环使用[4]。

（四）单体一致性

电池组需要有多个电池单体并联组合而成，锂离子电池循环寿命的好坏会直接受到外部因素影响，需要保证电池单体的一致性，才能发挥出电池应有的循环寿命次数。首先，从材料以及制作工艺方面，确定电池的单体一致性，同时根据对正负极材料的充分了解，可以直接获取到锂离子电池的一致性信息，这为顺利开展循环寿命次数研究提供了重要依据。经多次试验结果表明，由相同批次出厂的锂离子电池组成的电池组，其循环寿命周期更长，并且可以保障寿命循环周期的安全性以及可靠性。其次还需要充分了解生产工艺参数，以此全面分析电池实际容量范围，能够精准获取循环寿命的抗阻参数，为后续实验操作提供可靠的对比依据。通常情况下，当使用环境温度过高时，电池自放电情况会不断加大，继而直接影响整体电池组的运行寿命，若内部散热不均匀，电池的放电也将受到不利影响[5]。

二、基于安全性与可靠性的锂离子电池循环寿命优化方法

开展基于安全性与可靠性的锂离子电池循环寿命测试活动需要花费大量时间成本的。对此，相关工作人员可以合理运用寿命模型以及评估方法，以此准确获取锂离子电池的实际循环寿命次数。通过以下预测优化方法可了解锂离子电池循环寿命的实际信息。

（一）基于特征参数的预测

工作人员基于对锂离子电池特征参数的预测，可以有效获取到电池循环寿命的安全性以及可靠性信息，同时依据相关数据还能及时了解电池的老化过程，并能精准发现变化因素，准确知晓电池寿命的循环次数。例如，在对商用锂离子电池的充放电过程进行多次循环测试后，对产生的阻抗参数变化进行对比分析，发现电池不同放电期间出现的阻抗谱都会有所不同，试验人员在对电机材料进行观察后发现，是由电磁正负极不同阶段的变化造成的，直接对阻抗频区带来不同影响。依据阻抗数据曲线图，我们能够精准推断出电池的循环寿命，就保障使用人员在电池使用期间的安全性以及可靠性[6]。

（二）基于容量衰退机理的预测

基于容量衰退机理的预测方法可以保障试验人员精准了解锂离子电池内部材料的老化情况，落实材料衰减机制，精准获取电池循环寿命的信息。同时还需要依据基本测试模型，才能更加精准地得知电池内部材料发生的物理变化，依据实际化学反应可以及时了解电极材料发生的扩散变化。经多次对比观察发现，锂离子电池在不断地循环使用中其活性锂会逐渐流失，结合对应的原理模型进行模拟实验后，能够精准获取其内部钴酸锂的容量结果，再结合寿命预测模型进行对比后，就可以精准获取到电池循环寿命周期，并能精准计算出循环寿命次数。尤其是在采用热力学退化模型后，能够明确容量衰退参数，以此保障电池组中电池单体的一致性，能够对电解液容量进行有效控制，保障电池循环寿命期间的安全性以及可靠性[7]。

（三）基于数据驱动的预测

首先，基于数据驱动方法，相关工作人员能够及时了解电池内部发生的化学反应，同时还能结合数据测试规律，积累成熟的实验方法。通常情况下，可以依据实验时间对序列模型进行构建，并结合人体神经网模型，精准获取对比数据，以此能够有效推断出不同时间点的预测参数。

其次，在进行试验推断过程中还需要对电池容量的衰减的频率进行充分考虑，可以依托非线性模型，有效了解电池内部的老化过程。通过这种测试方式，可以提高对锂离子电池循环寿命使用次数的实验精准性，同时结合内部机理方法，可精准获取实际情况，结合数据驱动优势，获取不同阶段电池内部的变化参数，以此能够精准获取到实际循环寿命次数。

不仅如此，相关工作人员还可以依据热力学特性，通过循环测试，对不同阶段的峰面积分析，发现在进行第三组循环测试时，电池内部峰值出现明显的右侧移动现象，继而表明，电池内部的材料性能开始逐渐衰退。对此，可以开始记录整体循环测试电池内部的老化过程，同时还能精准获取到锂离子流失参数，能够发现与前两组峰值面积存在明显不同，电池在经过多次循环利用后，其正负极材料以及锂离子属性都会存在不同程度的流失。在经过100次循环测试后发现，锂离子电池的内部容量已经消耗殆尽，根据热力学衰退规律，可以精准了解电池容量急速衰弱阶段，并能直接计算出锂离子电池的循环寿命次数。结果表明，电池负极材料损耗越大，会导致电池内部容量流失越快，对电池后续循环寿命次数直接带来不利影响。明确循环寿命次数，能为有效提高电池使用周期内的安全性和可靠性带来良好的保障[8]。

总结：

综上所述，基于安全性与可靠性的锂离子电池循环寿命优化，通过经过多次循环试验可以找出其影响因素，并能依据寿命预测模型，直接了解到外部因素，可以提高不同电池材料循环寿命的安全性和可靠性应用水平，对不同电池结构和容量流失过程进行全面了解，提高应用效能，可有效延长电池的循环寿命周期。不仅如此，不同的环境温度，也会对电池循环寿命带来不同影响，满足标准的电池放电条件，才能保障电池的循环寿命有效延长，继而保障电池组内部电池单体发挥出良好的耦合效益，提高应用性能，保障使用过程的安全性及可靠性，充分体现出循环利用的优势。除此之外，全面了解电池的内部机理，精准获取模型参数，对锂离子电池的实际应有寿命精准评估，可以进一步增加电池使用的寿命循环次数，提高锂离子电池循环寿命优化的安全性及可靠性，同时也能顺利达成节能环保目标，促进新能源行业持续健康发展。

参考文献：

[1]李旭玲，刘梦，姜久春，等.计及循环寿命的锂离子电池优化使用研究[J].重庆理工大学学报（自然科学版），2020，034（002）：040-046.

[2]叶鑫，王海瑞，李远博，等.基于优化VMD和集成模型的锂电池寿命预测[J].化工自动化及仪表，2023，050（004）：500-506，563.

[3]安元超，张岳君，林文文，等.基于BO-GRU神经网络的锂离子电池剩余使用寿命预测[J].机械制造，2023，061（012）：050-055.

[4]方斯顿，刘龙真，孔赖强，等.基于双向长短期记忆网络含间接健康指标的锂电池SOH估计[J].电力系统自动化，2024，048（004）：160-168.

[5]韩亚露，陈奕戈，邸会芳，等.锂离子电池不同服役工况下失效研究进展[J].储能科学与技术，2024，013（004）：1338-1349.

[6]穆洪亮，冯柳，吴立清，等.SiO用作锂离子电池负极材料的研究进展[J].材料导报，2023，037（018）：005-017.

[7]张杭，云凤玲，沈雪玲，等.锂离子电池热模型研究进展[J].中国有色金属学报，2023，033（003）：817-828.

[8]申小雨，尹丛勃.基于卷积Fastformer的锂离子电池健康状态估计[J].储能科学与技术，2024，013（003）：990-999.

基金项目：上海市市场监督管理局资助，项目编号：2023-33，项目名称：《碳中和背景下锂电池循环寿命预测方法研究》