Καθώς ο αριθμός των κύκλων φόρτισης και εκφόρτισης αυξάνεται, η χωρητικότητα της μπαταρίας θα συνεχίσει να μειώνεται. Όταν η χωρητικότητα μειώνεται στο 75% έως 80% της ονομαστικής χωρητικότητας, η μπαταρία ιόντων λιθίου θεωρείται ότι βρίσκεται σε κατάσταση αστοχίας. Ο ρυθμός εκφόρτισης, η αύξηση της θερμοκρασίας της μπαταρίας και η θερμοκρασία περιβάλλοντος έχουν μεγαλύτερο αντίκτυπο στην ικανότητα εκφόρτισης των μπαταριών ιόντων λιθίου.

Αυτό το έγγραφο υιοθετεί τα κριτήρια φόρτισης και εκφόρτισης της φόρτισης σταθερής τάσης και σταθερού ρεύματος και εκφόρτισης σταθερού ρεύματος για την μπαταρία. Ο ρυθμός εκφόρτισης, η αύξηση της θερμοκρασίας εκφόρτισης της μπαταρίας και η θερμοκρασία περιβάλλοντος χρησιμοποιούνται διαδοχικά ως μεταβλητές και τα κυκλικά πειράματα πραγματοποιούνται ποσοτικά και ο ρυθμός εκφόρτισης και η θερμοκρασία εκφόρτισης μπαταρίας αναλύονται κάτω από διαφορετικά υλικά καθόδου. Η επίδραση της θερμοκρασίας, της θερμοκρασίας περιβάλλοντος και των χρόνων κύκλου στην ικανότητα εκφόρτισης των μπαταριών ιόντων λιθίου.

1. Το βασικό πειραματικό πρόγραμμα της μπαταρίας

Τα θετικά και αρνητικά υλικά είναι διαφορετικά και η διάρκεια ζωής του κύκλου ποικίλλει πολύ, γεγονός που επηρεάζει τα χαρακτηριστικά χωρητικότητας της μπαταρίας. Ο φωσφορικός σίδηρος λιθίου (LFP) και τα τριμερή υλικά νικελίου-κοβαλτίου-μαγγανίου (NMC) χρησιμοποιούνται ευρέως ως υλικά καθόδου για δευτερεύουσες μπαταρίες ιόντων λιθίου με τα μοναδικά τους πλεονεκτήματα. Μπορεί να φανεί από τον Πίνακα 1 ότι η ονομαστική χωρητικότητα, η ονομαστική τάση και ο ρυθμός εκφόρτισης της μπαταρίας NMC είναι υψηλότερες από αυτές της μπαταρίας LFP.

Φορτίστε και αποφορτίστε τις μπαταρίες ιόντων λιθίου LFP και NMC σύμφωνα με ορισμένους κανόνες φόρτισης σταθερού ρεύματος και σταθερής τάσης και εκφόρτισης σταθερού ρεύματος και καταγράψτε την τάση διακοπής φόρτισης και εκφόρτισης, τον ρυθμό εκφόρτισης, την αύξηση της θερμοκρασίας της μπαταρίας, την πειραματική θερμοκρασία και τις αλλαγές χωρητικότητας της μπαταρίας κατά τη διαδικασία φόρτισης και εκφόρτισης Κατάσταση.

2. Η επίδραση του ρυθμού εκφόρτισης στην ικανότητα εκφόρτισης Διορθώστε τους κανόνες θερμοκρασίας και φόρτισης και εκφόρτισης και αποφορτίστε την μπαταρία LFP και την μπαταρία NMC με σταθερό ρεύμα σύμφωνα με διαφορετικούς ρυθμούς εκφόρτισης.

Ρυθμίστε τη θερμοκρασία αντίστοιχα: 35, 25, 10, 5, -5, -15°C. Μπορεί να φανεί από το Σχήμα 1 ότι στην ίδια θερμοκρασία, αυξάνοντας τον ρυθμό εκφόρτισης, η συνολική χωρητικότητα εκφόρτισης της μπαταρίας LFP παρουσιάζει μια πτωτική τάση. Με τον ίδιο ρυθμό εκφόρτισης, οι αλλαγές στη χαμηλή θερμοκρασία έχουν μεγαλύτερο αντίκτυπο στην ικανότητα εκφόρτισης των μπαταριών LFP.

Όταν η θερμοκρασία πέσει κάτω από 0 ℃, η ικανότητα εκφόρτισης μειώνεται σοβαρά και η χωρητικότητα είναι μη αναστρέψιμη. Αξίζει να σημειωθεί ότι οι μπαταρίες LFP επιδεινώνουν την εξασθένηση της ικανότητας εκφόρτισης υπό τη διπλή επίδραση της χαμηλής θερμοκρασίας και του μεγάλου ρυθμού εκφόρτισης. Σε σύγκριση με τις μπαταρίες LFP, οι μπαταρίες NMC είναι πιο ευαίσθητες στη θερμοκρασία και η χωρητικότητα εκφόρτισής τους αλλάζει σημαντικά με τη θερμοκρασία περιβάλλοντος και τον ρυθμό εκφόρτισης.

Μπορεί να φανεί από το Σχήμα 2 ότι στην ίδια θερμοκρασία, η συνολική ικανότητα εκφόρτισης της μπαταρίας NMC δείχνει μια τάση πρώτα αποσύνθεσης και μετά ανόδου. Με τον ίδιο ρυθμό εκφόρτισης, όσο χαμηλότερη είναι η θερμοκρασία, τόσο μικρότερη είναι η ικανότητα εκφόρτισης.

Με την αύξηση του ρυθμού εκφόρτισης, η ικανότητα εκφόρτισης των μπαταριών ιόντων λιθίου συνεχίζει να μειώνεται. Ο λόγος είναι ότι λόγω της σοβαρής πόλωσης, η τάση εκφόρτισης μειώνεται εκ των προτέρων στην τάση αποκοπής εκφόρτισης, δηλαδή, ο χρόνος εκφόρτισης μειώνεται, η εκφόρτιση είναι ανεπαρκής και το αρνητικό ηλεκτρόδιο Li+ δεν πέφτει. Ενσωματωμένο πλήρως. Όταν ο ρυθμός αποφόρτισης της μπαταρίας είναι μεταξύ 1.5 και 3.0, η χωρητικότητα εκφόρτισης αρχίζει να δείχνει σημάδια ανάκτησης σε διάφορους βαθμούς. Καθώς η αντίδραση συνεχίζεται, η θερμοκρασία της ίδιας της μπαταρίας θα αυξηθεί σημαντικά με την αύξηση του ρυθμού εκφόρτισης, η ικανότητα θερμικής κίνησης του Li+ ενισχύεται και η ταχύτητα διάχυσης επιταχύνεται, έτσι ώστε η ταχύτητα αποενσωμάτωσης του Li+ να επιταχυνθεί και η ικανότητα εκφόρτισης αυξάνεται. Μπορούμε να συμπεράνουμε ότι η διπλή επίδραση του μεγάλου ρυθμού εκφόρτισης και της αύξησης της θερμοκρασίας της ίδιας της μπαταρίας προκαλεί το μη μονοτονικό φαινόμενο της μπαταρίας.

3. Η επίδραση της αύξησης της θερμοκρασίας της μπαταρίας στην ικανότητα εκφόρτισης. Οι μπαταρίες NMC υποβάλλονται αντίστοιχα σε πειράματα εκφόρτισης 2.0, 2.5, 3.0, 3.5, 4.0, 4.5 C στους 30℃ και η καμπύλη σχέσης μεταξύ της χωρητικότητας εκφόρτισης και της αύξησης της θερμοκρασίας της μπαταρίας ιόντων λιθίου φαίνεται στο Σχήμα 3.

Μπορεί να φανεί από το Σχήμα 3 ότι με την ίδια ικανότητα εκφόρτισης, όσο υψηλότερος είναι ο ρυθμός εκφόρτισης, τόσο πιο σημαντική είναι η μεταβολή της αύξησης της θερμοκρασίας. Η ανάλυση των τριών περιόδων της διαδικασίας εκφόρτισης σταθερού ρεύματος με τον ίδιο ρυθμό εκφόρτισης δείχνει ότι η άνοδος της θερμοκρασίας είναι κυρίως στο αρχικό και στο τελευταίο στάδιο της εκφόρτισης.

Τέταρτον, η επίδραση της θερμοκρασίας περιβάλλοντος στην ικανότητα εκφόρτισης Η καλύτερη θερμοκρασία λειτουργίας των μπαταριών ιόντων λιθίου είναι 25-40 ℃. Από τη σύγκριση του Πίνακα 2 και του Πίνακα 3, μπορεί να φανεί ότι όταν η θερμοκρασία είναι χαμηλότερη από 5°C, οι δύο τύποι μπαταριών αποφορτίζονται γρήγορα και η ικανότητα εκφόρτισης μειώνεται σημαντικά.

Μετά το πείραμα χαμηλής θερμοκρασίας, η υψηλή θερμοκρασία αποκαταστάθηκε. Στην ίδια θερμοκρασία, η χωρητικότητα εκφόρτισης της μπαταρίας LFP μειώθηκε κατά 137.1 mAh και η μπαταρία NMC μειώθηκε κατά 47.8 mAh, αλλά η αύξηση της θερμοκρασίας και ο χρόνος εκφόρτισης δεν άλλαξαν. Μπορεί να φανεί ότι το LFP έχει καλή θερμική σταθερότητα και παρουσιάζει κακή ανοχή μόνο σε χαμηλές θερμοκρασίες και η χωρητικότητα της μπαταρίας έχει μια μη αναστρέψιμη εξασθένηση. ενώ οι μπαταρίες NMC είναι ευαίσθητες στις αλλαγές θερμοκρασίας.

Πέμπτον, η επίδραση του αριθμού των κύκλων στην ικανότητα εκφόρτισης Το Σχήμα 4 είναι ένα σχηματικό διάγραμμα της καμπύλης αποσύνθεσης χωρητικότητας μιας μπαταρίας ιόντων λιθίου και η χωρητικότητα εκφόρτισης στο 0.8Q καταγράφεται ως το σημείο αστοχίας της μπαταρίας. Καθώς ο αριθμός των κύκλων φόρτισης και εκφόρτισης αυξάνεται, η ικανότητα εκφόρτισης αρχίζει να παρουσιάζει μείωση.

Μια μπαταρία LFP 1600 mAh φορτίστηκε και αποφορτίστηκε στους 0.5 C και αποφορτίστηκε στους 0.5 C για ένα πείραμα κύκλου φόρτισης-εκφόρτισης. Πραγματοποιήθηκαν συνολικά 600 κύκλοι και το 80% της χωρητικότητας της μπαταρίας χρησιμοποιήθηκε ως κριτήριο αστοχίας μπαταρίας. Χρησιμοποιήστε το 100 ως τους χρόνους διαστήματος για να αναλύσετε το σχετικό ποσοστό σφάλματος της χωρητικότητας εκφόρτισης και της εξασθένησης της χωρητικότητας, όπως φαίνεται στο Σχήμα 5.

Μια μπαταρία NMC 2000 mAh φορτίστηκε στους 1.0 C και αποφορτίστηκε στους 1.0 C για ένα πείραμα κύκλου φόρτισης-εκφόρτισης και το 80% της χωρητικότητας της μπαταρίας λήφθηκε ως η χωρητικότητα της μπαταρίας στο τέλος της ζωής της. Πάρτε τις πρώτες 700 φορές και αναλύστε την ικανότητα εκφόρτισης και το σχετικό ποσοστό σφάλματος της εξασθένησης χωρητικότητας με 100 ως το διάστημα, όπως φαίνεται στο Σχήμα 6.

Η χωρητικότητα της μπαταρίας LFP και της μπαταρίας NMC όταν ο αριθμός των κύκλων είναι 0 είναι η ονομαστική χωρητικότητα, αλλά συνήθως η πραγματική χωρητικότητα είναι μικρότερη από την ονομαστική χωρητικότητα, επομένως μετά τους πρώτους 100 κύκλους, η ικανότητα εκφόρτισης μειώνεται σοβαρά. Η μπαταρία LFP έχει μεγάλη διάρκεια ζωής, η θεωρητική διάρκεια ζωής είναι 1,000 φορές. η θεωρητική διάρκεια ζωής της μπαταρίας NMC είναι 300 φορές. Μετά από τον ίδιο αριθμό κύκλων, η χωρητικότητα της μπαταρίας NMC εξασθενεί πιο γρήγορα. όταν ο αριθμός των κύκλων είναι 600, η ​​χωρητικότητα της μπαταρίας NMC μειώνεται κοντά στο όριο αστοχίας.

6. Σύναψη

Μέσω πειραμάτων φόρτισης και εκφόρτισης σε μπαταρίες ιόντων λιθίου, οι πέντε παράμετροι του υλικού καθόδου, ο ρυθμός εκφόρτισης, η άνοδος της θερμοκρασίας της μπαταρίας, η θερμοκρασία περιβάλλοντος και ο αριθμός κύκλου χρησιμοποιούνται ως μεταβλητές και αναλύεται η σχέση μεταξύ χαρακτηριστικών που σχετίζονται με τη χωρητικότητα και διαφορετικών παραγόντων επιρροής. και συμπερασματικά προκύπτουν τα ακόλουθα:

(1) Εντός της ονομαστικής περιοχής θερμοκρασίας της μπαταρίας, μια κατάλληλη υψηλή θερμοκρασία προάγει την αποσυμπίεση και την ενσωμάτωση του Li+. Ειδικά για την ικανότητα εκφόρτισης, όσο μεγαλύτερος είναι ο ρυθμός εκφόρτισης, τόσο μεγαλύτερος ο ρυθμός παραγωγής θερμότητας και τόσο πιο εμφανής είναι η ηλεκτροχημική αντίδραση στο εσωτερικό της μπαταρίας ιόντων λιθίου.

(2) Η μπαταρία LFP παρουσιάζει καλή προσαρμοστικότητα σε υψηλή θερμοκρασία και ρυθμό εκφόρτισης κατά τη φόρτιση και την εκφόρτιση. έχει κακή ανοχή σε χαμηλή θερμοκρασία, η ικανότητα εκκένωσης αποσυντίθεται σοβαρά και δεν μπορεί να ανακτηθεί μετά τη θέρμανση.

(3) Κάτω από τον ίδιο αριθμό κύκλων φόρτισης και εκφόρτισης, η μπαταρία LFP έχει μεγάλη διάρκεια ζωής και η χωρητικότητα της μπαταρίας NMC μειώνεται στο 80% της ονομαστικής χωρητικότητας πιο γρήγορα. (4) Σε σύγκριση με την μπαταρία LFP, η χωρητικότητα εκφόρτισης της μπαταρίας NMC είναι πιο ευαίσθητη στη θερμοκρασία και σε μεγάλο ρυθμό εκφόρτισης, η χωρητικότητα εκφόρτισης δεν είναι μονότονη και η αύξηση της θερμοκρασίας αλλάζει σημαντικά.