Au fur et à mesure que le nombre de cycles de charge et de décharge augmente, la capacité de la batterie continuera de diminuer. Lorsque la capacité chute à 75 % à 80 % de la capacité nominale, la batterie lithium-ion est considérée comme étant en état de panne. Le taux de décharge, l’augmentation de la température de la batterie et la température ambiante ont un impact plus important sur la capacité de décharge des batteries lithium-ion.

Ce document adopte les critères de charge et de décharge de tension constante et de charge à courant constant et de décharge à courant constant pour la batterie. Le taux de décharge, l’élévation de la température de décharge de la batterie et la température ambiante sont successivement utilisés comme variables et des expériences cycliques sont effectuées quantitativement, et le taux de décharge et la température de décharge de la batterie sont analysés sous différents matériaux de cathode. L’influence de la température, de la température ambiante et des temps de cycle sur la capacité de décharge des batteries lithium-ion.

1. Le programme expérimental de base de la batterie

Les matériaux positifs et négatifs sont différents et la durée de vie varie considérablement, ce qui affecte les caractéristiques de capacité de la batterie. Le phosphate de fer lithium (LFP) et les matériaux ternaires nickel-cobalt-manganèse (NMC) sont largement utilisés comme matériaux de cathode pour les batteries secondaires lithium-ion avec leurs avantages uniques. Le tableau 1 montre que la capacité nominale, la tension nominale et le taux de décharge de la batterie NMC sont supérieurs à ceux de la batterie LFP.

Chargez et déchargez les batteries lithium-ion LFP et NMC selon certaines règles de charge à courant constant et à tension constante et de décharge à courant constant, et enregistrez la tension de coupure de charge et de décharge, le taux de décharge, l’augmentation de la température de la batterie, la température expérimentale et les changements de capacité de la batterie pendant le processus de charge et de décharge Condition.

2. L’influence du taux de décharge sur la capacité de décharge Fixez la température et les règles de charge et de décharge, et déchargez la batterie LFP et la batterie NMC à un courant constant selon différents taux de décharge.

Réglez la température respectivement : 35, 25, 10, 5, -5, -15°C. On peut voir sur la figure 1 qu’à la même température, en augmentant le taux de décharge, la capacité de décharge globale de la batterie LFP montre une tendance à la baisse. Sous le même taux de décharge, les changements de basse température ont un impact plus important sur la capacité de décharge des batteries LFP.

Lorsque la température descend en dessous de 0 , la capacité de décharge diminue fortement et la capacité est irréversible. Il est à noter que les batteries LFP aggravent l’atténuation de la capacité de décharge sous la double influence d’une température basse et d’un taux de décharge important. Par rapport aux batteries LFP, les batteries NMC sont plus sensibles à la température et leur capacité de décharge change considérablement avec la température ambiante et le taux de décharge.

On peut voir sur la figure 2 qu’à la même température, la capacité de décharge globale de la batterie NMC montre une tendance à la décroissance puis à l’augmentation. Sous le même taux de décharge, plus la température est basse, plus la capacité de décharge est faible.

Avec l’augmentation du taux de décharge, la capacité de décharge des batteries lithium-ion continue de diminuer. La raison en est qu’en raison de la polarisation grave, la tension de décharge est réduite à l’avance à la tension de coupure de décharge, c’est-à-dire que le temps de décharge est raccourci, la décharge est insuffisante et l’électrode négative Li+ ne tombe pas. Intégré complètement. Lorsque le taux de décharge de la batterie se situe entre 1.5 et 3.0, la capacité de décharge commence à montrer des signes de récupération à des degrés divers. Au fur et à mesure que la réaction se poursuit, la température de la batterie elle-même augmentera considérablement avec l’augmentation du taux de décharge, la capacité de mouvement thermique de Li+ est renforcée et la vitesse de diffusion est accélérée, de sorte que la vitesse de désenrobage de Li+ est accélérée et la capacité de décharge augmente. On peut conclure que la double influence du taux de décharge élevé et de l’élévation de température de la batterie elle-même provoque le phénomène non monotone de la batterie.

3. L’influence de l’augmentation de la température de la batterie sur la capacité de décharge. Les batteries NMC sont respectivement soumises à des expériences de décharge de 2.0, 2.5, 3.0, 3.5, 4.0, 4.5C à 30 , et la courbe de relation entre la capacité de décharge et l’élévation de température de la batterie lithium-ion est illustrée à la figure 3. Illustrée.

On peut voir sur la figure 3 que pour une même capacité de décharge, plus le débit de décharge est élevé, plus les changements d’élévation de température sont importants. L’analyse des trois périodes du processus de décharge à courant constant sous le même taux de décharge montre que l’élévation de température se situe principalement dans les étapes initiales et tardives de la décharge.

Quatrièmement, l’influence de la température ambiante sur la capacité de décharge La meilleure température de fonctionnement des batteries lithium-ion est de 25-40 ℃. De la comparaison du Tableau 2 et du Tableau 3, on peut voir que lorsque la température est inférieure à 5°C, les deux types de batteries se déchargent rapidement et la capacité de décharge est considérablement réduite.

Après l’expérience à basse température, la température élevée a été restaurée. À la même température, la capacité de décharge de la batterie LFP a diminué de 137.1 mAh et celle de la batterie NMC de 47.8 mAh, mais la montée en température et le temps de décharge n’ont pas changé. On constate que le LFP a une bonne stabilité thermique et ne présente qu’une mauvaise tolérance aux basses températures, et la capacité de la batterie a une atténuation irréversible ; tandis que les batteries NMC sont sensibles aux changements de température.

Cinquièmement, l’influence du nombre de cycles sur la capacité de décharge La figure 4 est un diagramme schématique de la courbe de décroissance de la capacité d’une batterie lithium-ion, et la capacité de décharge à 0.8Q est enregistrée comme point de défaillance de la batterie. À mesure que le nombre de cycles de charge et de décharge augmente, la capacité de décharge commence à décliner.

Une batterie LFP de 1600 mAh a été chargée et déchargée à 0.5C et déchargée à 0.5C pour une expérience de cycle de charge-décharge. Au total, 600 cycles ont été effectués et 80 % de la capacité de la batterie a été utilisée comme critère de défaillance de la batterie. Utilisez 100 comme temps d’intervalle pour analyser le pourcentage d’erreur relative de la capacité de décharge et l’atténuation de la capacité, comme illustré à la Figure 5.

Une batterie NMC 2000mAh a été chargée à 1.0C et déchargée à 1.0C pour une expérience de cycle de charge-décharge, et 80% de la capacité de la batterie a été considérée comme la capacité de la batterie à la fin de sa durée de vie. Prenez les 700 premières fois et analysez la capacité de décharge et le pourcentage d’erreur relative de l’atténuation de la capacité avec 100 comme intervalle, comme le montre la figure 6.

La capacité de la batterie LFP et de la batterie NMC lorsque le nombre de cycles est de 0 est la capacité nominale, mais généralement la capacité réelle est inférieure à la capacité nominale, donc après les 100 premiers cycles, la capacité de décharge diminue sérieusement. La batterie LFP a une longue durée de vie, la durée de vie théorique est de 1,000 300 fois; la durée de vie théorique de la batterie NMC est de 600 fois. Après le même nombre de cycles, la capacité de la batterie NMC diminue plus rapidement ; lorsque le nombre de cycles est de XNUMX, la capacité de la batterie NMC décroît près du seuil de défaillance.

6. Conclusion

Grâce à des expériences de charge et de décharge sur des batteries lithium-ion, les cinq paramètres du matériau de la cathode, le taux de décharge, l’augmentation de la température de la batterie, la température ambiante et le nombre de cycles sont utilisés comme variables, et la relation entre les caractéristiques liées à la capacité et les différents facteurs d’influence est analysée, et on obtient en conclusion :

(1) Dans la plage de température nominale de la batterie, une température élevée appropriée favorise la désintercalation et l’enrobage du Li+. Surtout pour la capacité de décharge, plus le taux de décharge est élevé, plus le taux de génération de chaleur est élevé et plus la réaction électrochimique à l’intérieur de la batterie lithium-ion est évidente.

(2) La batterie LFP présente une bonne adaptabilité aux températures élevées et au taux de décharge pendant la charge et la décharge ; il a une faible tolérance aux basses températures, la capacité de décharge diminue fortement et ne peut pas être récupérée après chauffage.

(3) Sous le même nombre de cycles de charge et de décharge, la batterie LFP a une longue durée de vie et la capacité de la batterie NMC diminue plus rapidement à 80 % de la capacité nominale. (4) Par rapport à la batterie LFP, la capacité de décharge de la batterie NMC est plus sensible à la température, et à un taux de décharge élevé, la capacité de décharge n’est pas monotone et l’élévation de température change de manière significative.