С увеличаването на броя на циклите на зареждане и разреждане капацитетът на батерията ще продължи да намалява. Когато капацитетът спадне до 75% до 80% от номиналния капацитет, се счита, че литиево-йонната батерия е в състояние на повреда. Скоростта на разреждане, повишаването на температурата на батерията и температурата на околната среда имат по-голямо влияние върху капацитета на разреждане на литиево-йонните батерии.

Този документ приема критериите за зареждане и разреждане за постоянно напрежение и зареждане с постоянен ток и разреждане с постоянен ток за батерията. Скоростта на разреждане, повишаването на температурата на разреждане на батерията и температурата на околната среда се използват последователно като променливи и цикличните експерименти се извършват количествено, а скоростта на разреждане и температурата на разреждане на батерията се анализират при различни катодни материали. Влиянието на температурата, температурата на околната среда и времето на цикъла върху капацитета на разреждане на литиево-йонните батерии.

1. Основната експериментална програма на батерията

Положителните и отрицателните материали са различни и животът на цикъла варира значително, което се отразява на характеристиките на капацитета на батерията. Литиево-железният фосфат (LFP) и тройните материали от никел-кобалт-манган (NMC) са широко използвани като катодни материали за литиево-йонни вторични батерии с техните уникални предимства. От таблица 1 може да се види, че номиналният капацитет, номиналното напрежение и скоростта на разреждане на NMC батерията са по-високи от тези на LFP батерията.

Зареждайте и разреждайте LFP и NMC литиево-йонни батерии в съответствие с определени правила за зареждане с постоянен ток и постоянно напрежение и разреждане с постоянен ток и записвайте напрежението на прекъсване на зареждане и разреждане, скорост на разреждане, повишаване на температурата на батерията, експериментална температура и промени в капацитета на батерията по време на процеса на зареждане и разреждане Състояние.

2. Влиянието на скоростта на разреждане върху капацитета на разреждане Фиксирайте температурата и правилата за зареждане и разреждане и разредете LFP батерията и NMC батерията при постоянен ток според различни скорости на разреждане.

Регулирайте температурата съответно: 35, 25, 10, 5, -5, -15°C. От фигура 1 може да се види, че при същата температура, чрез увеличаване на скоростта на разреждане, общият капацитет на разреждане на LFP батерията показва тенденция на спад. При една и съща скорост на разреждане промените в ниската температура имат по-голямо влияние върху капацитета на разреждане на LFP батериите.

Когато температурата падне под 0 ℃, капацитетът на разреждане намалява силно и капацитетът е необратим. Струва си да се отбележи, че LFP батериите влошават отслабването на капацитета на разреждане под двойното влияние на ниска температура и голяма скорост на разреждане. В сравнение с LFP батериите, NMC батериите са по-чувствителни към температурата и капацитетът им на разреждане се променя значително с температурата на околната среда и скоростта на разреждане.

От фигура 2 може да се види, че при същата температура общият капацитет на разреждане на NMC батерията показва тенденция на първо разпадане и след това нарастване. При една и съща скорост на разреждане, колкото по-ниска е температурата, толкова по-нисък е капацитетът на разреждане.

С увеличаването на скоростта на разреждане капацитетът на разреждане на литиево-йонните батерии продължава да намалява. Причината е, че поради сериозната поляризация разрядното напрежение се намалява предварително до напрежението на прекъсване на разряда, тоест времето на разреждане се съкращава, разрядът е недостатъчен и отрицателният електрод Li+ не пада. Вграден изцяло. Когато степента на разреждане на батерията е между 1.5 и 3.0, капацитетът на разреждане започва да показва признаци на възстановяване в различна степен. Тъй като реакцията продължава, температурата на самата батерия ще се повиши значително с увеличаване на скоростта на разреждане, капацитетът на топлинно движение на Li+ се засилва и скоростта на дифузия се ускорява, така че скоростта на изваждане на Li+ се ускорява и капацитетът на разреждане се повишава. Може да се заключи, че двойното влияние на голямата скорост на разреждане и повишаването на температурата на самата батерия причинява немонотонния феномен на батерията.

3. Влияние на повишаването на температурата на батерията върху капацитета на разреждане. Батериите NMC са подложени съответно на експерименти с разреждане 2.0, 2.5, 3.0, 3.5, 4.0, 4.5C при 30℃, а кривата на връзката между капацитета на разреждане и повишаването на температурата на литиево-йонната батерия е показана на Фигура 3. Показано.

От фигура 3 може да се види, че при същия капацитет на разреждане, колкото по-висока е скоростта на разреждане, толкова по-значителни са промените в повишаването на температурата. Анализът на трите периода на процеса на разреждане с постоянен ток при една и съща скорост на разреждане показва, че повишаването на температурата е основно в началния и късния етап на разряда.

Четвърто, влиянието на температурата на околната среда върху капацитета на разреждане. Най-добрата работна температура на литиево-йонните батерии е 25-40 ℃. От сравнението на Таблица 2 и Таблица 3 може да се види, че когато температурата е по-ниска от 5°C, двата вида батерии се разреждат бързо и капацитетът на разреждане е значително намален.

След експеримента с ниска температура, високата температура беше възстановена. При същата температура капацитетът на разреждане на LFP батерията намаля със 137.1 mAh, а NMC батерията намаля с 47.8 mAh, но повишаването на температурата и времето за разреждане не се промениха. Може да се види, че LFP има добра термична стабилност и проявява лоша толерантност само при ниски температури, а капацитетът на батерията има необратимо затихване; докато NMC батериите са чувствителни към температурни промени.

Пето, влиянието на броя на циклите върху капацитета на разреждане. Фигура 4 е схематична диаграма на кривата на спадане на капацитета на литиево-йонна батерия, а капацитетът на разреждане при 0.8Q се записва като точка на повреда на батерията. С увеличаването на броя на циклите на зареждане и разреждане капацитетът на разреждане започва да намалява.

1600mAh LFP батерия беше заредена и разредена при 0.5C и разредена при 0.5C за експеримент за цикъл на зареждане-разряд. Извършени са общо 600 цикъла, като 80% от капацитета на батерията е използван като критерий за повреда на батерията. Използвайте 100 като интервални времена, за да анализирате относителния процент грешка на капацитета на разреждане и затихването на капацитета, както е показано на Фигура 5.

2000mAh NMC батерия беше заредена при 1.0C и разредена при 1.0C за експеримент с цикъл на зареждане и разреждане, като 80% от капацитета на батерията беше приет като капацитет на батерията в края на нейния живот. Вземете първите 700 пъти и анализирайте капацитета на разреждане и относителния процент грешка на затихването на капацитета със 100 като интервал, както е показано на фигура 6.

Капацитетът на LFP батерията и NMC батерията, когато броят на циклите е 0, е номиналният капацитет, но обикновено действителният капацитет е по-малък от номиналния капацитет, така че след първите 100 цикъла капацитетът на разреждане намалява сериозно. Батерията LFP има дълъг живот на цикъла, теоретичният живот е 1,000 пъти; теоретичният живот на NMC батерията е 300 пъти. След същия брой цикли капацитетът на батерията на NMC намалява по-бързо; когато броят на циклите е 600, капацитетът на NMC батерията намалява близо до прага на отказ.

6. заключение

Чрез експерименти за зареждане и разреждане на литиево-йонни батерии, петте параметъра на материала на катода, скоростта на разреждане, повишаването на температурата на батерията, температурата на околната среда и броя на цикъла се използват като променливи и се анализира връзката между характеристиките, свързани с капацитета, и различните влияещи фактори, и в заключение се получава следното:

(1) В рамките на номиналния температурен диапазон на батерията, подходяща висока температура насърчава деинтеркалирането и вграждането на Li+. Особено за капацитета на разреждане, колкото по-голяма е скоростта на разреждане, толкова по-голяма е скоростта на генериране на топлина и толкова по-очевидна е електрохимичната реакция вътре в литиево-йонната батерия.

(2) LFP батерията показва добра адаптивност към висока температура и скорост на разреждане по време на зареждане и разреждане; има лоша толерантност към ниска температура, капацитетът на разреждане силно намалява и не може да бъде възстановен след нагряване.

(3) При същия брой цикли на зареждане и разреждане батерията LFP има дълъг живот на цикъла, а капацитетът на батерията NMC намалява до 80% от номиналния капацитет по-бързо. (4) В сравнение с LFP батерията, капацитетът на разреждане на NMC батерията е по-чувствителен към температурата и при голяма скорост на разреждане капацитетът на разреждане не е монотонен и повишаването на температурата се променя значително.