Mit zunehmender Anzahl von Lade- und Entladezyklen nimmt die Batteriekapazität weiter ab. Wenn die Kapazität auf 75 bis 80 % der Nennkapazität abfällt, gilt die Lithium-Ionen-Batterie als ausgefallen. Entladerate, Batterietemperaturanstieg und Umgebungstemperatur haben einen größeren Einfluss auf die Entladekapazität von Lithium-Ionen-Batterien.

In diesem Papier werden die Lade- und Entladekriterien des Konstantspannungs- und Konstantstromladens und des Konstantstromentladens für die Batterie verwendet. Die Entladerate, der Batterieentladetemperaturanstieg und die Umgebungstemperatur werden nacheinander als Variablen verwendet und zyklische Experimente werden quantitativ durchgeführt, und die Entladerate und die Batterieentladetemperatur werden unter verschiedenen Kathodenmaterialien analysiert. Der Einfluss von Temperatur, Umgebungstemperatur und Zykluszeiten auf die Entladekapazität von Lithium-Ionen-Batterien.

1. Das grundlegende Versuchsprogramm der Batterie

Die positiven und negativen Materialien sind unterschiedlich und die Zykluslebensdauer variiert stark, was sich auf die Kapazitätseigenschaften der Batterie auswirkt. Lithiumeisenphosphat (LFP) und ternäre Nickel-Kobalt-Mangan-Materialien (NMC) werden häufig als Kathodenmaterialien für Lithium-Ionen-Sekundärbatterien mit ihren einzigartigen Vorteilen verwendet. Aus Tabelle 1 ist ersichtlich, dass die Nennkapazität, Nennspannung und Entladerate der NMC-Batterie höher sind als die der LFP-Batterie.

Laden und entladen Sie LFP- und NMC-Lithium-Ionen-Akkus nach bestimmten Regeln für das Laden und Entladen mit konstantem Strom und konstanter Spannung und zeichnen Sie die Lade- und Entladeschlussspannung, die Entladerate, den Batterietemperaturanstieg, die experimentelle Temperatur und die Änderungen der Batteriekapazität auf während des Lade- und Entladevorgangs Zustand.

2. Der Einfluss der Entladerate auf die Entladekapazität Legen Sie die Temperatur- und Lade- und Entladeregeln fest und entladen Sie die LFP-Batterie und die NMC-Batterie mit einem konstanten Strom entsprechend den unterschiedlichen Entladeraten.

Stellen Sie die Temperatur entsprechend ein: 35, 25, 10, 5, -5, -15°C. Aus Abbildung 1 ist ersichtlich, dass bei gleicher Temperatur durch Erhöhung der Entladerate die Gesamtentladekapazität der LFP-Batterie einen abnehmenden Trend zeigt. Bei gleicher Entladerate haben Änderungen der niedrigen Temperatur einen größeren Einfluss auf die Entladekapazität von LFP-Batterien.

Wenn die Temperatur unter 0 sinkt, nimmt die Entladekapazität stark ab und die Kapazität ist irreversibel. Es ist erwähnenswert, dass LFP-Batterien die Dämpfung der Entladekapazität unter dem doppelten Einfluss von niedriger Temperatur und großer Entladerate verstärken. Im Vergleich zu LFP-Batterien sind NMC-Batterien temperaturempfindlicher und ihre Entladekapazität ändert sich erheblich mit der Umgebungstemperatur und der Entladerate.

Aus Abbildung 2 ist ersichtlich, dass die Gesamtentladekapazität der NMC-Batterie bei gleicher Temperatur zunächst abfällt und dann ansteigt. Bei gleicher Entladungsrate ist die Entladungskapazität umso geringer, je niedriger die Temperatur ist.

Mit der Erhöhung der Entladerate nimmt die Entladekapazität von Lithium-Ionen-Batterien weiter ab. Der Grund dafür ist, dass aufgrund der starken Polarisation die Entladespannung im Voraus auf die Entladeschlussspannung reduziert wird, das heißt, die Entladezeit wird verkürzt, die Entladung ist unzureichend und die negative Elektrode Li+ fällt nicht ab. Vollständig eingebettet. Wenn die Entladerate der Batterie zwischen 1.5 und 3.0 liegt, beginnt die Entladekapazität in unterschiedlichem Maße Anzeichen einer Erholung zu zeigen. Wenn die Reaktion fortschreitet, wird die Temperatur der Batterie selbst mit zunehmender Entladerate deutlich ansteigen, die Wärmebewegungskapazität von Li+ wird verstärkt und die Diffusionsgeschwindigkeit wird beschleunigt, so dass die De-Embedding-Geschwindigkeit von Li+ beschleunigt wird und die Entladekapazität steigt. Daraus kann geschlossen werden, dass der doppelte Einfluss der großen Entladerate und des Temperaturanstiegs der Batterie selbst das nicht monotone Phänomen der Batterie verursacht.

3. Der Einfluss des Batterietemperaturanstiegs auf die Entladekapazität. NMC-Batterien werden jeweils 2.0, 2.5, 3.0, 3.5, 4.0, 4.5 °C Entladungsexperimenten bei 30 °C unterzogen, und die Beziehungskurve zwischen der Entladekapazität und dem Temperaturanstieg der Lithium-Ionen-Batterie ist in Abbildung 3 gezeigt.

Aus Abbildung 3 ist ersichtlich, dass bei gleicher Entladekapazität die Temperaturanstiegsänderungen umso stärker sind, je höher die Entladerate ist. Die Analyse der drei Perioden des Konstantstrom-Entladevorgangs bei gleicher Entladerate zeigt, dass der Temperaturanstieg hauptsächlich in der Anfangs- und Endphase der Entladung stattfindet.

Viertens der Einfluss der Umgebungstemperatur auf die Entladekapazität Die beste Betriebstemperatur von Lithium-Ionen-Akkus beträgt 25-40 ℃. Aus dem Vergleich von Tabelle 2 und Tabelle 3 ist ersichtlich, dass bei einer Temperatur von weniger als 5 °C die beiden Batterietypen schnell entladen werden und die Entladekapazität deutlich reduziert wird.

Nach dem Niedertemperaturexperiment wurde die hohe Temperatur wiederhergestellt. Bei der gleichen Temperatur verringerte sich die Entladekapazität des LFP-Akkus um 137.1 mAh und des NMC-Akkus um 47.8 mAh, aber der Temperaturanstieg und die Entladezeit änderten sich nicht. Es ist zu erkennen, dass LFP eine gute thermische Stabilität aufweist und bei niedrigen Temperaturen nur eine schlechte Verträglichkeit zeigt und die Batteriekapazität eine irreversible Dämpfung aufweist; während NMC-Batterien empfindlich auf Temperaturänderungen reagieren.

Fünftens ist der Einfluss der Zyklenzahl auf die Entladekapazität 4 ist ein schematisches Diagramm der Kapazitätsabfallkurve einer Lithium-Ionen-Batterie, und die Entladekapazität bei 0.8 Q wird als Batterieausfallpunkt aufgezeichnet. Mit zunehmender Anzahl von Lade- und Entladezyklen beginnt die Entladekapazität abzunehmen.

Eine 1600-mAh-LFP-Batterie wurde bei 0.5 °C geladen und entladen und bei 0.5 °C für ein Lade-Entlade-Zyklus-Experiment entladen. Es wurden insgesamt 600 Zyklen durchgeführt, wobei 80 % der Batteriekapazität als Batterieausfallkriterium verwendet wurden. Verwenden Sie 100 als Intervallzeiten, um den relativen Fehlerprozentsatz der Entladekapazität und der Kapazitätsdämpfung zu analysieren, wie in Abbildung 5 gezeigt.

Eine 2000-mAh-NMC-Batterie wurde bei 1.0C geladen und bei 1.0C für ein Lade-Entlade-Zyklusexperiment entladen, und 80% der Batteriekapazität wurden als Batteriekapazität am Ende ihrer Lebensdauer genommen. Nehmen Sie die ersten 700 Mal und analysieren Sie die Entladekapazität und den relativen Fehlerprozentsatz der Kapazitätsdämpfung mit 100 als Intervall, wie in Abbildung 6 gezeigt.

Die Kapazität des LFP-Akkus und des NMC-Akkus ist bei einer Zyklenzahl von 0 die Nennkapazität, aber normalerweise ist die tatsächliche Kapazität geringer als die Nennkapazität, sodass die Entladekapazität nach den ersten 100 Zyklen stark abnimmt. Der LFP-Akku hat eine lange Lebensdauer, die theoretische Lebensdauer beträgt 1,000 Mal; die theoretische Lebensdauer der NMC-Batterie beträgt 300 Mal. Nach der gleichen Anzahl von Zyklen nimmt die Kapazität der NMC-Batterie schneller ab; Wenn die Anzahl der Zyklen 600 beträgt, sinkt die Kapazität der NMC-Batterie in die Nähe des Fehlerschwellenwerts.

6. Abschluss

Durch Lade- und Entladeversuche an Lithium-Ionen-Batterien werden die fünf Parameter Kathodenmaterial, Entladerate, Batterietemperaturanstieg, Umgebungstemperatur und Zyklenzahl als Variablen verwendet und der Zusammenhang zwischen kapazitätsbezogenen Eigenschaften und verschiedenen Einflussfaktoren analysiert, und folgendes ergibt sich abschließend:

(1) Innerhalb des Nenntemperaturbereichs der Batterie fördert eine entsprechend hohe Temperatur die Deinterkalation und Einbettung von Li+. Insbesondere für die Entladekapazität gilt: Je höher die Entladerate, desto höher die Wärmeerzeugungsrate und desto offensichtlicher die elektrochemische Reaktion innerhalb der Lithium-Ionen-Batterie.

(2) Die LFP-Batterie zeigt eine gute Anpassungsfähigkeit an hohe Temperaturen und Entladeraten während des Ladens und Entladens; es hat eine schlechte Toleranz gegenüber niedrigen Temperaturen, die Entladekapazität nimmt stark ab und kann nach dem Erhitzen nicht wiederhergestellt werden.

(3) Bei gleicher Anzahl von Lade- und Entladezyklen hat der LFP-Akku eine lange Lebensdauer und die NMC-Akkukapazität sinkt schneller auf 80 % der Nennkapazität. (4) Verglichen mit der LFP-Batterie ist die Entladekapazität der NMC-Batterie temperaturempfindlicher, und bei einer großen Entladerate ist die Entladekapazität nicht monoton und der Temperaturanstieg ändert sich signifikant.