A medida que aumenta el número de ciclos de carga y descarga, la capacidad de la batería seguirá disminuyendo. Cuando la capacidad decae del 75% al ​​80% de la capacidad nominal, se considera que la batería de iones de litio está en un estado de falla. La velocidad de descarga, el aumento de temperatura de la batería y la temperatura ambiente tienen un mayor impacto en la capacidad de descarga de las baterías de iones de litio.

Este documento adopta los criterios de carga y descarga de voltaje constante y carga de corriente constante y descarga de corriente constante para la batería. La tasa de descarga, el aumento de la temperatura de descarga de la batería y la temperatura ambiente se utilizan sucesivamente como variables y se llevan a cabo experimentos cíclicos cuantitativamente, y la tasa de descarga y la temperatura de descarga de la batería se analizan con diferentes materiales de cátodo. La influencia de la temperatura, la temperatura ambiente y los tiempos de ciclo en la capacidad de descarga de las baterías de iones de litio.

1. El programa experimental básico de la batería

Los materiales positivos y negativos son diferentes y el ciclo de vida varía mucho, lo que afecta las características de capacidad de la batería. El fosfato de hierro y litio (LFP) y los materiales ternarios de níquel-cobalto-manganeso (NMC) se utilizan ampliamente como materiales de cátodo para baterías secundarias de iones de litio con sus ventajas únicas. Puede verse en la Tabla 1 que la capacidad nominal, el voltaje nominal y la tasa de descarga de la batería NMC son más altas que las de la batería LFP.

Cargue y descargue las baterías de iones de litio LFP y NMC de acuerdo con ciertas reglas de carga de corriente constante y voltaje constante y descarga de corriente constante, y registre el voltaje de corte de carga y descarga, la tasa de descarga, el aumento de temperatura de la batería, la temperatura experimental y los cambios de capacidad de la batería durante el proceso de carga y descarga Condición.

2. La influencia de la tasa de descarga en la capacidad de descarga Fije la temperatura y las reglas de carga y descarga, y descargue la batería LFP y la batería NMC a una corriente constante de acuerdo con las diferentes tasas de descarga.

Ajuste la temperatura respectivamente: 35, 25, 10, 5, -5, -15 ° C. Puede verse en la Figura 1 que a la misma temperatura, al aumentar la tasa de descarga, la capacidad de descarga general de la batería LFP muestra una tendencia a la baja. Bajo la misma tasa de descarga, los cambios a baja temperatura tienen un mayor impacto en la capacidad de descarga de las baterías LFP.

Cuando la temperatura cae por debajo de 0 ℃, la capacidad de descarga decae severamente y la capacidad es irreversible. Vale la pena señalar que las baterías LFP agravan la atenuación de la capacidad de descarga bajo la doble influencia de la baja temperatura y la gran tasa de descarga. En comparación con las baterías LFP, las baterías NMC son más sensibles a la temperatura y su capacidad de descarga cambia significativamente con la temperatura ambiente y la velocidad de descarga.

Se puede ver en la Figura 2 que a la misma temperatura, la capacidad de descarga general de la batería NMC muestra una tendencia de decadencia primero y luego aumento. Bajo la misma tasa de descarga, cuanto menor sea la temperatura, menor será la capacidad de descarga.

Con el aumento de la tasa de descarga, la capacidad de descarga de las baterías de iones de litio continúa disminuyendo. La razón es que debido a la polarización grave, el voltaje de descarga se reduce al voltaje de corte de descarga por adelantado, es decir, el tiempo de descarga se acorta, la descarga es insuficiente y el electrodo negativo Li + no se cae. Incrustado por completo. Cuando la tasa de descarga de la batería está entre 1.5 y 3.0, la capacidad de descarga comienza a mostrar signos de recuperación en diversos grados. A medida que continúa la reacción, la temperatura de la batería aumentará significativamente con el aumento de la tasa de descarga, la capacidad de movimiento térmico de Li + se fortalece y la velocidad de difusión se acelera, de modo que la velocidad de desembebido de Li + se acelera y la capacidad de descarga aumenta. Se puede concluir que la doble influencia de la gran tasa de descarga y el aumento de temperatura de la propia batería provoca el fenómeno no monótono de la batería.

3. La influencia del aumento de temperatura de la batería en la capacidad de descarga. Las baterías NMC se someten respectivamente a experimentos de descarga 2.0, 2.5, 3.0, 3.5, 4.0, 4.5C a 30 ℃, y la curva de relación entre la capacidad de descarga y el aumento de temperatura de la batería de iones de litio se muestra en la Figura 3. Se muestra.

Se puede ver en la Figura 3 que bajo la misma capacidad de descarga, cuanto mayor es la tasa de descarga, más significativo es el cambio de temperatura. El análisis de los tres períodos del proceso de descarga de corriente constante bajo la misma tasa de descarga muestra que el aumento de temperatura se produce principalmente en las etapas inicial y tardía de la descarga.

En cuarto lugar, la influencia de la temperatura ambiente en la capacidad de descarga. La mejor temperatura de funcionamiento de las baterías de iones de litio es de 25 a 40 ℃. De la comparación de la Tabla 2 y la Tabla 3, se puede ver que cuando la temperatura es inferior a 5 ° C, los dos tipos de baterías se descargan rápidamente y la capacidad de descarga se reduce significativamente.

Después del experimento de baja temperatura, se restableció la temperatura alta. A la misma temperatura, la capacidad de descarga de la batería LFP disminuyó 137.1 mAh y la batería NMC disminuyó 47.8 mAh, pero el aumento de temperatura y el tiempo de descarga no cambiaron. Se puede observar que el LFP tiene buena estabilidad térmica y solo exhibe poca tolerancia a bajas temperaturas, y la capacidad de la batería tiene una atenuación irreversible; mientras que las baterías NMC son sensibles a los cambios de temperatura.

En quinto lugar, la influencia del número de ciclos en la capacidad de descarga La Figura 4 es un diagrama esquemático de la curva de caída de capacidad de una batería de iones de litio, y la capacidad de descarga a 0.8Q se registra como el punto de falla de la batería. A medida que aumenta el número de ciclos de carga y descarga, la capacidad de descarga comienza a mostrar una disminución.

Se cargó y descargó una batería LFP de 1600 mAh a 0.5 ° C y se descargó a 0.5 ° C para un experimento de ciclo de carga-descarga. Se realizaron un total de 600 ciclos y se utilizó el 80% de la capacidad de la batería como criterio de falla de la batería. Utilice 100 como los tiempos de intervalo para analizar el porcentaje de error relativo de la capacidad de descarga y la atenuación de la capacidad, como se muestra en la Figura 5.

Se cargó una batería NMC de 2000 mAh a 1.0 ° C y se descargó a 1.0 ° C para un experimento de ciclo de carga-descarga, y el 80% de la capacidad de la batería se tomó como la capacidad de la batería al final de su vida útil. Tome las primeras 700 veces y analice la capacidad de descarga y el porcentaje de error relativo de la atenuación de la capacidad con 100 como intervalo, como se muestra en la Figura 6.

La capacidad de la batería LFP y la batería NMC cuando el número de ciclos es 0 es la capacidad nominal, pero generalmente la capacidad real es menor que la capacidad nominal, por lo que después de los primeros 100 ciclos, la capacidad de descarga decae seriamente. La batería LFP tiene un ciclo de vida largo, la vida teórica es 1,000 veces; la vida teórica de la batería NMC es 300 veces. Después del mismo número de ciclos, la capacidad de la batería NMC decae más rápidamente; cuando el número de ciclos es 600, la capacidad de la batería NMC decae cerca del umbral de falla.

6. Conclusión

A través de experimentos de carga y descarga en baterías de iones de litio, los cinco parámetros de material del cátodo, tasa de descarga, aumento de temperatura de la batería, temperatura ambiente y número de ciclo se utilizan como variables, y se analiza la relación entre las características relacionadas con la capacidad y diferentes factores de influencia. y en conclusión se obtienen los siguientes:

(1) Dentro del rango de temperatura nominal de la batería, una temperatura alta adecuada promueve la desintercalación y el empotramiento de Li +. Especialmente para la capacidad de descarga, cuanto mayor es la tasa de descarga, mayor es la tasa de generación de calor y más obvia es la reacción electroquímica dentro de la batería de iones de litio.

(2) La batería LFP muestra una buena adaptabilidad a altas temperaturas y velocidad de descarga durante la carga y descarga; tiene poca tolerancia a las bajas temperaturas, la capacidad de descarga decae severamente y no se puede recuperar después del calentamiento.

(3) Con el mismo número de ciclos de carga y descarga, la batería LFP tiene un ciclo de vida prolongado y la capacidad de la batería NMC decae al 80% de la capacidad nominal más rápidamente. (4) En comparación con la batería LFP, la capacidad de descarga de la batería NMC es más sensible a la temperatura y, a una tasa de descarga grande, la capacidad de descarga no es monótona y el aumento de temperatura cambia significativamente.