જેમ જેમ ચાર્જ અને ડિસ્ચાર્જ ચક્રની સંખ્યામાં વધારો થશે તેમ તેમ બેટરીની ક્ષમતા ક્ષીણ થતી રહેશે. જ્યારે ક્ષમતા રેટ કરેલ ક્ષમતાના 75% થી 80% સુધી ઘટી જાય છે, ત્યારે લિથિયમ-આયન બેટરી નિષ્ફળ સ્થિતિમાં હોવાનું માનવામાં આવે છે. ડિસ્ચાર્જ દર, બેટરી તાપમાનમાં વધારો અને આસપાસના તાપમાનની લિથિયમ-આયન બેટરીની ડિસ્ચાર્જ ક્ષમતા પર વધુ અસર પડે છે.

આ પેપર બેટરી માટે સતત વોલ્ટેજ અને સતત વર્તમાન ચાર્જિંગ અને સતત વર્તમાન ડિસ્ચાર્જિંગના ચાર્જિંગ અને ડિસ્ચાર્જિંગ માપદંડોને અપનાવે છે. ડિસ્ચાર્જ રેટ, બેટરી ડિસ્ચાર્જ તાપમાનમાં વધારો અને આસપાસના તાપમાનનો ક્રમિક રીતે ચલ તરીકે ઉપયોગ થાય છે અને ચક્રીય પ્રયોગો જથ્થાત્મક રીતે હાથ ધરવામાં આવે છે, અને ડિસ્ચાર્જ દર અને બેટરી ડિસ્ચાર્જ તાપમાનનું વિભિન્ન કેથોડ સામગ્રી હેઠળ વિશ્લેષણ કરવામાં આવે છે. લિથિયમ-આયન બેટરીની ડિસ્ચાર્જ ક્ષમતા પર તાપમાન, આસપાસના તાપમાન અને ચક્ર સમયનો પ્રભાવ.

1. બેટરીનો મૂળભૂત પ્રાયોગિક કાર્યક્રમ

સકારાત્મક અને નકારાત્મક સામગ્રીઓ અલગ અલગ છે, અને ચક્ર જીવન મોટા પ્રમાણમાં બદલાય છે, જે બેટરીની ક્ષમતા લાક્ષણિકતાઓને અસર કરે છે. લિથિયમ આયર્ન ફોસ્ફેટ (LFP) અને નિકલ-કોબાલ્ટ-મેંગેનીઝ ટર્નરી મટિરિયલ્સ (NMC) નો ઉપયોગ તેમના અનન્ય ફાયદાઓ સાથે લિથિયમ-આયન સેકન્ડરી બેટરી માટે કેથોડ સામગ્રી તરીકે વ્યાપકપણે થાય છે. તે કોષ્ટક 1 પરથી જોઈ શકાય છે કે NMC બેટરીની રેટ કરેલ ક્ષમતા, નોમિનલ વોલ્ટેજ અને ડિસ્ચાર્જ રેટ LFP બેટરી કરતા વધારે છે.

LFP અને NMC લિથિયમ-આયન બેટરીને ચોક્કસ સતત વર્તમાન અને સતત વોલ્ટેજ ચાર્જિંગ અને સતત વર્તમાન ડિસ્ચાર્જ નિયમો અનુસાર ચાર્જ અને ડિસ્ચાર્જ કરો, અને ચાર્જ અને ડિસ્ચાર્જ કટ-ઓફ વોલ્ટેજ, ડિસ્ચાર્જ દર, બેટરી તાપમાનમાં વધારો, પ્રાયોગિક તાપમાન અને બેટરી ક્ષમતામાં ફેરફાર રેકોર્ડ કરો. ચાર્જ અને ડિસ્ચાર્જ પ્રક્રિયા દરમિયાન સ્થિતિ.

2. ડિસ્ચાર્જ ક્ષમતા પર ડિસ્ચાર્જ દરનો પ્રભાવ તાપમાન અને ચાર્જ અને ડિસ્ચાર્જ નિયમોને ઠીક કરો, અને LFP બેટરી અને NMC બેટરીને અલગ અલગ ડિસ્ચાર્જ દરો અનુસાર સતત વર્તમાન પર ડિસ્ચાર્જ કરો.

તાપમાનને અનુક્રમે સમાયોજિત કરો: 35, 25, 10, 5, -5, -15 °C. તે આકૃતિ 1 પરથી જોઈ શકાય છે કે સમાન તાપમાને, ડિસ્ચાર્જ દરમાં વધારો કરીને, LFP બેટરીની એકંદર ડિસ્ચાર્જ ક્ષમતામાં ઘટાડો થતો વલણ દર્શાવે છે. સમાન ડિસ્ચાર્જ રેટ હેઠળ, નીચા તાપમાનમાં ફેરફાર LFP બેટરીની ડિસ્ચાર્જ ક્ષમતા પર વધુ અસર કરે છે.

જ્યારે તાપમાન 0 ℃ થી નીચે જાય છે, ત્યારે ડિસ્ચાર્જ ક્ષમતા ગંભીર રીતે ક્ષીણ થઈ જાય છે અને ક્ષમતા બદલી ન શકાય તેવી હોય છે. તે નોંધવું યોગ્ય છે કે LFP બેટરીઓ નીચા તાપમાન અને મોટા ડિસ્ચાર્જ રેટના બેવડા પ્રભાવ હેઠળ ડિસ્ચાર્જ ક્ષમતાના એટેન્યુએશનને વધારે છે. LFP બેટરીની સરખામણીમાં, NMC બેટરી તાપમાન પ્રત્યે વધુ સંવેદનશીલ હોય છે, અને તેમની ડિસ્ચાર્જ ક્ષમતા આસપાસના તાપમાન અને ડિસ્ચાર્જ દર સાથે નોંધપાત્ર રીતે બદલાય છે.

તે આકૃતિ 2 પરથી જોઈ શકાય છે કે સમાન તાપમાને, NMC બેટરીની એકંદર ડિસ્ચાર્જ ક્ષમતા પ્રથમ સડો અને પછી વધવાનું વલણ દર્શાવે છે. સમાન ડિસ્ચાર્જ રેટ હેઠળ, તાપમાન જેટલું ઓછું છે, તેટલી ઓછી ડિસ્ચાર્જ ક્ષમતા.

ડિસ્ચાર્જ દરમાં વધારા સાથે, લિથિયમ-આયન બેટરીની ડિસ્ચાર્જ ક્ષમતામાં સતત ઘટાડો થાય છે. કારણ એ છે કે ગંભીર ધ્રુવીકરણને લીધે, ડિસ્ચાર્જ વોલ્ટેજ ડિસ્ચાર્જ કટ-ઓફ વોલ્ટેજમાં અગાઉથી ઘટાડી દેવામાં આવે છે, એટલે કે, ડિસ્ચાર્જનો સમય ઓછો થાય છે, ડિસ્ચાર્જ અપૂરતો હોય છે, અને નકારાત્મક ઇલેક્ટ્રોડ Li+ નીચે પડતું નથી. સંપૂર્ણપણે જડિત. જ્યારે બેટરી ડિસ્ચાર્જ રેટ 1.5 અને 3.0 ની વચ્ચે હોય છે, ત્યારે ડિસ્ચાર્જ ક્ષમતા વિવિધ અંશે પુનઃપ્રાપ્તિના સંકેતો બતાવવાનું શરૂ કરે છે. જેમ જેમ પ્રતિક્રિયા ચાલુ રહે છે તેમ, ડિસ્ચાર્જ રેટમાં વધારા સાથે બેટરીનું તાપમાન પોતે જ નોંધપાત્ર રીતે વધશે, Li+ ની થર્મલ મૂવમેન્ટ ક્ષમતા મજબૂત બને છે, અને પ્રસારની ગતિ ઝડપી બને છે, જેથી Li+ ની ડી-એમ્બેડિંગ ગતિ ઝડપી બને અને ડિસ્ચાર્જ ક્ષમતા વધે છે. તે નિષ્કર્ષ પર આવી શકે છે કે મોટા ડિસ્ચાર્જ દરનો દ્વિ પ્રભાવ અને બેટરીના તાપમાનમાં વધારો પોતે જ બેટરીની બિન-મોનોટોનિક ઘટનાનું કારણ બને છે.

3. ડિસ્ચાર્જ ક્ષમતા પર બેટરીના તાપમાનમાં વધારો થવાનો પ્રભાવ. NMC બેટરીઓ અનુક્રમે 2.0℃ પર 2.5, 3.0, 3.5, 4.0, 4.5, 30C ડિસ્ચાર્જ પ્રયોગોને આધિન છે, અને ડિસ્ચાર્જ ક્ષમતા અને લિથિયમ-આયન બેટરીના તાપમાનમાં વધારો વચ્ચેનો સંબંધ વળાંક આકૃતિ 3 માં બતાવવામાં આવ્યો છે.

તે આકૃતિ 3 પરથી જોઈ શકાય છે કે સમાન ડિસ્ચાર્જ ક્ષમતા હેઠળ, ડિસ્ચાર્જ દર જેટલો ઊંચો છે, તાપમાનમાં વધારો તેટલો વધુ નોંધપાત્ર છે. સમાન ડિસ્ચાર્જ દર હેઠળ સતત વર્તમાન સ્રાવ પ્રક્રિયાના ત્રણ સમયગાળાનું વિશ્લેષણ દર્શાવે છે કે તાપમાનમાં વધારો મુખ્યત્વે ડિસ્ચાર્જના પ્રારંભિક અને અંતના તબક્કામાં છે.

ચોથું, ડિસ્ચાર્જ ક્ષમતા પર આસપાસના તાપમાનનો પ્રભાવ લિથિયમ-આયન બેટરીનું શ્રેષ્ઠ ઓપરેટિંગ તાપમાન 25-40 ℃ છે. કોષ્ટક 2 અને કોષ્ટક 3 ની સરખામણી પરથી, તે જોઈ શકાય છે કે જ્યારે તાપમાન 5°C કરતા ઓછું હોય છે, ત્યારે બે પ્રકારની બેટરી ઝડપથી ડિસ્ચાર્જ થાય છે અને ડિસ્ચાર્જ ક્ષમતા નોંધપાત્ર રીતે ઘટી જાય છે.

નીચા તાપમાનના પ્રયોગ પછી, ઉચ્ચ તાપમાન પુનઃસ્થાપિત કરવામાં આવ્યું હતું. સમાન તાપમાને, LFP બેટરીની ડિસ્ચાર્જ ક્ષમતામાં 137.1mAh નો ઘટાડો થયો છે, અને NMC બેટરીમાં 47.8mAh નો ઘટાડો થયો છે, પરંતુ તાપમાનમાં વધારો અને ડિસ્ચાર્જ સમય બદલાયો નથી. તે જોઈ શકાય છે કે LFP સારી થર્મલ સ્થિરતા ધરાવે છે અને માત્ર નીચા તાપમાને નબળી સહનશીલતા દર્શાવે છે, અને બેટરીની ક્ષમતામાં ઉલટાવી શકાય તેવું એટેન્યુએશન છે; જ્યારે NMC બેટરી તાપમાનના ફેરફારો પ્રત્યે સંવેદનશીલ હોય છે.

પાંચમું, ડિસ્ચાર્જ ક્ષમતા પર ચક્રની સંખ્યાનો પ્રભાવ આકૃતિ 4 એ લિથિયમ-આયન બેટરીની ક્ષમતાના ક્ષીણ વળાંકનો એક યોજનાકીય આકૃતિ છે, અને 0.8Q પર ડિસ્ચાર્જ ક્ષમતા બેટરી નિષ્ફળતા બિંદુ તરીકે નોંધવામાં આવે છે. ચાર્જ અને ડિસ્ચાર્જ ચક્રની સંખ્યામાં વધારો થતાં, ડિસ્ચાર્જ ક્ષમતામાં ઘટાડો થવાનું શરૂ થાય છે.

ચાર્જ-ડિસ્ચાર્જ ચક્ર પ્રયોગ માટે 1600mAh LFP બેટરી 0.5C પર ચાર્જ અને ડિસ્ચાર્જ કરવામાં આવી હતી અને 0.5C પર ડિસ્ચાર્જ કરવામાં આવી હતી. કુલ 600 ચક્રો કરવામાં આવ્યા હતા, અને બેટરીની નિષ્ફળતાના માપદંડ તરીકે બેટરી ક્ષમતાના 80% નો ઉપયોગ કરવામાં આવ્યો હતો. આકૃતિ 100 માં બતાવ્યા પ્રમાણે, ડિસ્ચાર્જ ક્ષમતા અને ક્ષમતા એટેન્યુએશનની સંબંધિત ભૂલ ટકાવારીનું વિશ્લેષણ કરવા માટે અંતરાલ સમય તરીકે 5 નો ઉપયોગ કરો.

ચાર્જ-ડિસ્ચાર્જ ચક્ર પ્રયોગ માટે 2000mAh NMC બેટરી 1.0C પર ચાર્જ કરવામાં આવી હતી અને 1.0C પર ડિસ્ચાર્જ કરવામાં આવી હતી, અને બેટરીની ક્ષમતાનો 80% તેના જીવનના અંતમાં બેટરી ક્ષમતા તરીકે લેવામાં આવ્યો હતો. પ્રથમ 700 વખત લો અને આકૃતિ 100 માં બતાવ્યા પ્રમાણે, અંતરાલ તરીકે 6 સાથે ડિસ્ચાર્જ ક્ષમતા અને ક્ષમતા એટેન્યુએશનની સંબંધિત ભૂલ ટકાવારીનું વિશ્લેષણ કરો.

જ્યારે ચક્રની સંખ્યા 0 હોય ત્યારે LFP બેટરી અને NMC બેટરીની ક્ષમતા એ રેટ કરેલ ક્ષમતા છે, પરંતુ સામાન્ય રીતે વાસ્તવિક ક્ષમતા રેટ કરેલ ક્ષમતા કરતા ઓછી હોય છે, તેથી પ્રથમ 100 ચક્ર પછી, ડિસ્ચાર્જ ક્ષમતા ગંભીર રીતે ક્ષીણ થઈ જાય છે. LFP બેટરીમાં લાંબી ચક્ર જીવન છે, સૈદ્ધાંતિક જીવન 1,000 વખત છે; NMC બેટરીનું સૈદ્ધાંતિક જીવન 300 ગણું છે. સમાન સંખ્યામાં ચક્ર પછી, NMC બેટરી ક્ષમતા ઝડપથી ક્ષીણ થાય છે; જ્યારે ચક્રની સંખ્યા 600 હોય છે, ત્યારે NMC બેટરીની ક્ષમતા નિષ્ફળતાના થ્રેશોલ્ડની નજીક સડી જાય છે.

6. નિષ્કર્ષ

લિથિયમ-આયન બેટરી પરના ચાર્જિંગ અને ડિસ્ચાર્જિંગ પ્રયોગો દ્વારા, કેથોડ સામગ્રીના પાંચ પરિમાણો, ડિસ્ચાર્જ દર, બેટરી તાપમાનમાં વધારો, આસપાસના તાપમાન અને ચક્ર નંબરનો ઉપયોગ ચલ તરીકે થાય છે, અને ક્ષમતા-સંબંધિત લાક્ષણિકતાઓ અને વિવિધ પ્રભાવિત પરિબળો વચ્ચેના સંબંધનું વિશ્લેષણ કરવામાં આવે છે, અને નીચેના નિષ્કર્ષમાં પ્રાપ્ત થાય છે:

(1) બેટરીની રેટ કરેલ તાપમાન શ્રેણીની અંદર, યોગ્ય ઉચ્ચ તાપમાન Li+ ના ડિઇન્ટરકેલેશન અને એમ્બેડમેન્ટને પ્રોત્સાહન આપે છે. ખાસ કરીને ડિસ્ચાર્જ ક્ષમતા માટે, ડિસ્ચાર્જ રેટ જેટલો વધારે છે, તેટલો હીટ જનરેશન દર અને લિથિયમ-આયન બેટરીની અંદર ઇલેક્ટ્રોકેમિકલ પ્રતિક્રિયા વધુ સ્પષ્ટ છે.

(2) LFP બેટરી ચાર્જ અને ડિસ્ચાર્જ દરમિયાન ઉચ્ચ તાપમાન અને ડિસ્ચાર્જ દરમાં સારી અનુકૂલનક્ષમતા દર્શાવે છે; તે નીચા તાપમાન માટે નબળી સહનશીલતા ધરાવે છે, ડિસ્ચાર્જ ક્ષમતા ગંભીર રીતે ક્ષીણ થઈ જાય છે, અને ગરમ કર્યા પછી પુનઃપ્રાપ્ત કરી શકાતી નથી.

(3) સમાન સંખ્યામાં ચાર્જ અને ડિસ્ચાર્જ ચક્ર હેઠળ, LFP બેટરી લાંબી ચક્ર જીવન ધરાવે છે, અને NMC બેટરી ક્ષમતા રેટ કરેલ ક્ષમતાના 80% સુધી વધુ ઝડપથી ક્ષીણ થઈ જાય છે. (4) LFP બેટરીની તુલનામાં, NMC બેટરીની ડિસ્ચાર્જ ક્ષમતા તાપમાન માટે વધુ સંવેદનશીલ છે, અને મોટા ડિસ્ચાર્જ દરે, ડિસ્ચાર્જ ક્ષમતા મોનોટોનિક નથી અને તાપમાનમાં વધારો નોંધપાત્ર રીતે બદલાય છે.