Se zvyšujícím se počtem nabíjecích a vybíjecích cyklů bude kapacita baterie nadále klesat. Když kapacita klesne na 75 % až 80 % jmenovité kapacity, je lithium-iontová baterie považována za poruchovou. Rychlost vybíjení, nárůst teploty baterie a okolní teplota mají větší vliv na vybíjecí kapacitu lithium-iontových baterií.

Tento dokument přebírá kritéria nabíjení a vybíjení baterie konstantním napětím a konstantním proudem nabíjení a vybíjení konstantním proudem. Rychlost vybíjení, nárůst teploty vybíjení baterie a teplota okolí se postupně používají jako proměnné a cyklické experimenty se provádějí kvantitativně a rychlost vybíjení a teplota vybíjení baterie se analyzují pod různými materiály katody. Vliv teploty, okolní teploty a doby cyklu na vybíjecí kapacitu lithium-iontových baterií.

1. Základní experimentální program baterie

Pozitivní a negativní materiály jsou různé a životnost cyklu se velmi liší, což ovlivňuje kapacitní charakteristiky baterie. Lithium-železofosfát (LFP) a nikl-kobalt-manganové ternární materiály (NMC) jsou široce používány jako katodové materiály pro lithium-iontové sekundární baterie se svými jedinečnými výhodami. Z tabulky 1 je vidět, že jmenovitá kapacita, jmenovité napětí a rychlost vybíjení baterie NMC jsou vyšší než u baterie LFP.

Nabíjejte a vybíjejte lithium-iontové baterie LFP a NMC podle určitých pravidel nabíjení konstantním proudem a konstantním napětím a vybíjení konstantním proudem a zaznamenávejte vypínací napětí nabíjení a vybíjení, rychlost vybíjení, nárůst teploty baterie, experimentální teplotu a změny kapacity baterie během procesu nabíjení a vybíjení Stav.

2. Vliv rychlosti vybíjení na kapacitu vybíjení Opravte pravidla teploty a nabíjení a vybíjení a vybíjejte baterii LFP a baterii NMC konstantním proudem podle různých rychlostí vybíjení.

Nastavte teplotu postupně: 35, 25, 10, 5, -5, -15 °C. Z obrázku 1 je vidět, že při stejné teplotě, zvýšením rychlosti vybíjení, vykazuje celková vybíjecí kapacita LFP baterie klesající trend. Při stejné rychlosti vybíjení mají změny nízké teploty větší dopad na vybíjecí kapacitu baterií LFP.

Když teplota klesne pod 0 ℃, kapacita vybíjení se výrazně sníží a kapacita je nevratná. Stojí za zmínku, že baterie LFP zhoršují útlum vybíjecí kapacity pod dvojím vlivem nízké teploty a velké rychlosti vybíjení. Ve srovnání s bateriemi LFP jsou baterie NMC citlivější na teplotu a jejich vybíjecí kapacita se výrazně mění s okolní teplotou a rychlostí vybíjení.

Z obrázku 2 je vidět, že při stejné teplotě vykazuje celková vybíjecí kapacita baterie NMC trend nejprve úpadku a poté vzestupu. Při stejné rychlosti vybíjení platí, že čím nižší je teplota, tím nižší je kapacita vybíjení.

Se zvyšující se rychlostí vybíjení vybíjecí kapacita lithium-iontových baterií stále klesá. Důvodem je, že v důsledku vážné polarizace je vybíjecí napětí předem sníženo na vybíjecí vypínací napětí, to znamená, že doba vybíjení je zkrácena, vybíjení je nedostatečné a záporná elektroda Li+ neodpadá. Úplně zabudováno. Když je rychlost vybíjení baterie mezi 1.5 a 3.0, kapacita vybíjení začne v různé míře vykazovat známky obnovy. Jak reakce pokračuje, teplota samotné baterie se výrazně zvýší se zvýšením rychlosti vybíjení, posílí se tepelná pohybová kapacita Li+ a zrychlí se rychlost difúze, takže se zrychlí rychlost odlučování Li+ a kapacita výboje stoupá. Lze usuzovat, že dvojí vliv velké rychlosti vybíjení a nárůstu teploty samotné baterie způsobuje nemonotónní jev baterie.

3. Vliv zvýšení teploty baterie na kapacitu vybíjení. Baterie NMC jsou podrobeny experimentům s vybíjením 2.0, 2.5, 3.0, 3.5, 4.0, 4.5 C při 30 °C a závislost mezi vybíjecí kapacitou a nárůstem teploty lithium-iontové baterie je znázorněna na obrázku 3. Zobrazeno.

Z obrázku 3 je vidět, že při stejné kapacitě výboje platí, že čím vyšší je rychlost výboje, tím výraznější jsou změny nárůstu teploty. Analýza tří období procesu vybíjení konstantním proudem při stejné rychlosti vybíjení ukazuje, že nárůst teploty je hlavně v počáteční a pozdní fázi vybíjení.

Za čtvrté, vliv okolní teploty na kapacitu vybíjení Nejlepší provozní teplota lithium-iontových baterií je 25-40 ℃. Z porovnání tabulky 2 a tabulky 3 je vidět, že při teplotě nižší než 5°C se oba typy baterií rychle vybíjejí a výrazně se snižuje vybíjecí kapacita.

Po experimentu s nízkou teplotou byla obnovena vysoká teplota. Při stejné teplotě se vybíjecí kapacita baterie LFP snížila o 137.1 mAh a baterie NMC se snížila o 47.8 mAh, ale nárůst teploty a doba vybíjení se nezměnily. Je vidět, že LFP má dobrou tepelnou stabilitu a vykazuje špatnou toleranci pouze při nízkých teplotách a kapacita baterie má nevratný útlum; zatímco baterie NMC jsou citlivé na změny teploty.

Za páté, vliv počtu cyklů na vybíjecí kapacitu Obrázek 4 je schematický diagram křivky poklesu kapacity lithium-iontové baterie a vybíjecí kapacita při 0.8Q je zaznamenána jako bod selhání baterie. S rostoucím počtem nabíjecích a vybíjecích cyklů začíná vybíjecí kapacita klesat.

1600mAh LFP baterie byla nabíjena a vybíjena při 0.5C a vybíjena při 0.5C pro experiment cyklu nabíjení-vybíjení. Celkem bylo provedeno 600 cyklů a jako kritérium selhání baterie bylo použito 80 % kapacity baterie. Použijte 100 jako intervaly pro analýzu procenta relativní chyby kapacity vybíjení a útlumu kapacity, jak je znázorněno na obrázku 5.

2000mAh baterie NMC byla nabíjena při 1.0 C a vybíjena při 1.0 C pro experiment cyklu nabíjení-vybíjení a 80 % kapacity baterie bylo vzato jako kapacita baterie na konci její životnosti. Vezměte prvních 700krát a analyzujte kapacitu vybíjení a procento relativní chyby zeslabení kapacity s intervalem 100, jak je znázorněno na obrázku 6.

Kapacita baterie LFP a baterie NMC při počtu cyklů 0 je jmenovitá kapacita, ale skutečná kapacita je obvykle menší než jmenovitá kapacita, takže po prvních 100 cyklech se kapacita vybíjení vážně snižuje. Baterie LFP má dlouhou životnost, teoretická životnost je 1,000 300krát; teoretická životnost baterie NMC je 600krát. Po stejném počtu cyklů se kapacita baterie NMC snižuje rychleji; když je počet cyklů XNUMX, kapacita baterie NMC klesá blízko prahu selhání.

6. závěr

Prostřednictvím experimentů nabíjení a vybíjení na lithium-iontových bateriích se jako proměnné používá pět parametrů materiálu katody, rychlost vybíjení, nárůst teploty baterie, okolní teplota a počet cyklů a je analyzován vztah mezi charakteristikami souvisejícími s kapacitou a různými ovlivňujícími faktory. a na závěr se získá následující:

(1) V rámci jmenovitého teplotního rozsahu baterie podporuje vhodná vysoká teplota deinterkalaci a zabudování Li+. Zejména u vybíjecí kapacity platí, že čím větší je rychlost vybíjení, tím větší je rychlost tvorby tepla a tím je elektrochemická reakce uvnitř lithium-iontové baterie zjevnější.

(2) Baterie LFP vykazuje dobrou adaptabilitu na vysokou teplotu a rychlost vybíjení během nabíjení a vybíjení; špatně snáší nízké teploty, vybíjecí kapacita se výrazně snižuje a po zahřátí ji nelze obnovit.

(3) Při stejném počtu nabíjecích a vybíjecích cyklů má baterie LFP dlouhou životnost a kapacita baterie NMC rychleji klesá na 80 % jmenovité kapacity. (4) Ve srovnání s baterií LFP je vybíjecí kapacita baterie NMC citlivější na teplotu a při velké rychlosti vybíjení není vybíjecí kapacita monotónní a nárůst teploty se výrazně mění.