Efterhånden som antallet af opladnings- og afladningscyklusser stiger, vil batterikapaciteten fortsætte med at falde. Når kapaciteten falder til 75 % til 80 % af den nominelle kapacitet, anses lithium-ion-batteriet for at være i en fejltilstand. Afladningshastighed, batteritemperaturstigning og omgivende temperatur har en større indflydelse på afladningskapaciteten af ​​lithium-ion-batterier.

Dette papir vedtager opladnings- og afladningskriterierne for konstant spænding og konstant strømopladning og konstant strømafladning for batteriet. Afladningshastigheden, batteriafladningstemperaturstigningen og omgivelsestemperaturen bruges successivt som variabler, og cykliske eksperimenter udføres kvantitativt, og afladningshastigheden og batteriafladningstemperaturen analyseres under forskellige katodematerialer. Indflydelsen af ​​temperatur, omgivende temperatur og cyklustider på afladningskapaciteten af ​​lithium-ion-batterier.

1. Batteriets grundlæggende eksperimentelle program

De positive og negative materialer er forskellige, og cykluslevetiden varierer meget, hvilket påvirker batteriets kapacitetsegenskaber. Lithiumjernfosfat (LFP) og nikkel-kobolt-mangan ternære materialer (NMC) er meget udbredt som katodematerialer til lithium-ion sekundære batterier med deres unikke fordele. Det kan ses af tabel 1, at NMC-batteriets nominelle kapacitet, nominelle spænding og afladningshastighed er højere end LFP-batteriets.

Oplad og aflad LFP- og NMC-lithium-ion-batterier i henhold til visse regler for konstant strøm og konstant spænding opladning og konstant strømafladning, og registrer opladnings- og afladningsafskæringsspændingen, afladningshastigheden, batteritemperaturstigning, eksperimentel temperatur og batterikapacitetsændringer under op- og afladningsprocessen Tilstand.

2. Afladningshastighedens indflydelse på afladningskapaciteten. Fastgør temperatur- og opladnings- og afladningsreglerne, og aflad LFP-batteriet og NMC-batteriet ved en konstant strøm i henhold til forskellige afladningshastigheder.

Juster temperaturen henholdsvis: 35, 25, 10, 5, -5, -15°C. Det kan ses af figur 1, at ved samme temperatur, ved at øge afladningshastigheden, viser den samlede afladningskapacitet af LFP-batteriet en faldende tendens. Under samme afladningshastighed har ændringer i lav temperatur en større indflydelse på afladningskapaciteten af ​​LFP-batterier.

Når temperaturen falder til under 0 ℃, falder udledningskapaciteten kraftigt, og kapaciteten er irreversibel. Det er værd at bemærke, at LFP-batterier forværrer dæmpningen af ​​afladningskapaciteten under den dobbelte påvirkning af lav temperatur og høj afladningshastighed. Sammenlignet med LFP-batterier er NMC-batterier mere følsomme over for temperatur, og deres afladningskapacitet ændrer sig betydeligt med omgivelsestemperatur og afladningshastighed.

Det kan ses af figur 2, at ved samme temperatur viser NMC-batteriets samlede afladningskapacitet en tendens med først henfald og derefter stigning. Under den samme udledningshastighed, jo lavere temperatur, jo lavere udledningskapacitet.

Med stigningen i afladningshastigheden fortsætter afladningskapaciteten af ​​lithium-ion-batterier med at falde. Årsagen er, at på grund af den alvorlige polarisering er afladningsspændingen reduceret til udladningsafskæringsspændingen på forhånd, det vil sige, at afladningstiden forkortes, afladningen er utilstrækkelig, og den negative elektrode Li+ falder ikke af. Helt indlejret. Når batteriets afladningshastighed er mellem 1.5 og 3.0, begynder afladningskapaciteten at vise tegn på genopretning i varierende grad. Efterhånden som reaktionen fortsætter, vil selve batteriets temperatur stige markant med stigningen i afladningshastigheden, den termiske bevægelseskapacitet af Li+ styrkes, og diffusionshastigheden accelereres, så de-indlejringshastigheden af ​​Li+ accelereres og udledningskapaciteten stiger. Det kan konkluderes, at den dobbelte påvirkning af den store afladningshastighed og selve batteriets temperaturstigning forårsager batteriets ikke-monotoniske fænomen.

3. Batteriets temperaturstignings indflydelse på afladningskapaciteten. NMC-batterier udsættes for henholdsvis 2.0, 2.5, 3.0, 3.5, 4.0, 4.5C afladningseksperimenter ved 30 ℃, og sammenhængskurven mellem afladningskapaciteten og lithium-ion-batteriets temperaturstigning er vist i figur 3. Vist.

Det kan ses af figur 3, at under den samme udledningskapacitet, jo højere udledningshastigheden er, jo mere signifikant ændres temperaturstigningen. Analyse af de tre perioder af den konstante strømafladningsproces under samme afladningshastighed viser, at temperaturstigningen hovedsageligt er i de indledende og sene stadier af afladningen.

For det fjerde, indflydelsen af ​​omgivende temperatur på afladningskapacitet. Den bedste driftstemperatur for lithium-ion-batterier er 25-40 ℃. Ud fra sammenligningen af ​​tabel 2 og tabel 3 kan det ses, at når temperaturen er lavere end 5°C, aflades de to typer batterier hurtigt, og afladningskapaciteten reduceres væsentligt.

Efter lavtemperaturforsøget blev den høje temperatur genoprettet. Ved samme temperatur faldt LFP-batteriets afladningskapacitet med 137.1 mAh, og NMC-batteriet faldt med 47.8 mAh, men temperaturstigningen og afladningstiden ændrede sig ikke. Det kan ses, at LFP har god termisk stabilitet og kun udviser dårlig tolerance ved lave temperaturer, og batterikapaciteten har en irreversibel dæmpning; mens NMC-batterier er følsomme over for temperaturændringer.

For det femte er indflydelsen af ​​antallet af cyklusser på afladningskapaciteten. Fig. 4 er et skematisk diagram af kapacitetsforfaldskurven for et lithium-ion-batteri, og afladningskapaciteten ved 0.8Q er registreret som batterifejlpunktet. Efterhånden som antallet af opladnings- og afladningscyklusser stiger, begynder afladningskapaciteten at vise et fald.

Et 1600mAh LFP-batteri blev opladet og afladet ved 0.5C og afladet ved 0.5C til et opladnings-afladningscykluseksperiment. Der blev udført i alt 600 cyklusser, og 80 % af batterikapaciteten blev brugt som batterifejlkriteriet. Brug 100 som intervaltider til at analysere den relative fejlprocent for afladningskapacitet og kapacitetsdæmpning, som vist i figur 5.

Et 2000mAh NMC-batteri blev opladet ved 1.0C og afladet ved 1.0C til et opladnings-afladningscykluseksperiment, og 80% af batterikapaciteten blev taget som batterikapacitet ved slutningen af ​​dets levetid. Tag de første 700 gange og analyser afladningskapaciteten og den relative fejlprocent af kapacitetsdæmpningen med 100 som intervallet, som vist i figur 6.

Kapaciteten af ​​LFP-batteri og NMC-batteri, når antallet af cyklusser er 0, er den nominelle kapacitet, men normalt er den faktiske kapacitet mindre end den nominelle kapacitet, så efter de første 100 cyklusser falder afladningskapaciteten alvorligt. LFP-batteriet har en lang cykluslevetid, den teoretiske levetid er 1,000 gange; den teoretiske levetid for NMC-batteriet er 300 gange. Efter det samme antal cyklusser falder NMC-batterikapaciteten hurtigere; når antallet af cyklusser er 600, falder NMC-batterikapaciteten tæt på fejltærsklen.

6. konklusion

Gennem opladnings- og afladningsforsøg på lithium-ion-batterier bruges de fem parametre katodemateriale, afladningshastighed, batteritemperaturstigning, omgivelsestemperatur og cyklustal som variabler, og sammenhængen mellem kapacitetsrelaterede egenskaber og forskellige påvirkningsfaktorer analyseres. og følgende opnås som konklusion:

(1) Inden for batteriets nominelle temperaturområde fremmer en passende høj temperatur deinterkalering og indlejring af Li+. Især for afladningskapaciteten, jo større afladningshastighed, jo større varmegenereringshastighed, og jo mere tydelig er den elektrokemiske reaktion inde i lithium-ion-batteriet.

(2) LFP-batteriet viser god tilpasningsevne til høj temperatur og afladningshastighed under opladning og afladning; den har dårlig tolerance over for lav temperatur, udledningskapaciteten falder alvorligt og kan ikke genvindes efter opvarmning.

(3) Under det samme antal opladnings- og afladningscyklusser har LFP-batteriet en lang cykluslevetid, og NMC-batterikapaciteten falder til 80 % af den nominelle kapacitet hurtigere. (4) Sammenlignet med LFP-batteriet er NMC-batteriets afladningskapacitet mere følsom over for temperatur, og ved en høj afladningshastighed er afladningskapaciteten ikke monoton, og temperaturstigningen ændrer sig betydeligt.