Saat jumlah siklus pengisian dan pengosongan meningkat, kapasitas baterai akan terus berkurang. Ketika kapasitas meluruh menjadi 75% hingga 80% dari kapasitas pengenal, baterai lithium-ion dianggap dalam keadaan gagal. Laju pengosongan, kenaikan suhu baterai, dan suhu lingkungan memiliki dampak yang lebih besar pada kapasitas pengosongan baterai lithium-ion.

Makalah ini mengadopsi kriteria pengisian dan pengosongan tegangan konstan dan pengisian arus konstan dan pengosongan arus konstan untuk baterai. Laju pengosongan, kenaikan suhu pengosongan baterai, dan suhu lingkungan berturut-turut digunakan sebagai variabel dan eksperimen siklik dilakukan secara kuantitatif, dan laju pengosongan dan suhu pengosongan baterai dianalisis di bawah bahan katoda yang berbeda. Pengaruh suhu, suhu lingkungan, dan waktu siklus terhadap kapasitas pengosongan baterai lithium-ion.

1. Program eksperimental dasar baterai

Bahan positif dan negatif berbeda, dan siklus hidup sangat bervariasi, yang mempengaruhi karakteristik kapasitas baterai. Lithium iron phosphate (LFP) dan bahan terner nikel-kobalt-mangan (NMC) banyak digunakan sebagai bahan katoda untuk baterai sekunder lithium-ion dengan keunggulan uniknya. Dapat dilihat dari Tabel 1 bahwa kapasitas pengenal, tegangan nominal, dan laju pengosongan baterai NMC lebih tinggi daripada baterai LFP.

Mengisi dan mengosongkan baterai lithium-ion LFP dan NMC sesuai dengan arus konstan dan voltase konstan tertentu dan aturan pelepasan arus konstan, dan mencatat voltase pemutusan pengisian dan pengosongan, laju pengosongan, kenaikan suhu baterai, suhu eksperimental, dan perubahan kapasitas baterai selama proses pengisian dan pengosongan Kondisi.

2. Pengaruh laju pengosongan pada kapasitas pengosongan Perbaiki suhu dan aturan pengisian dan pengosongan, dan pengosongan baterai LFP dan baterai NMC pada arus konstan sesuai dengan laju pengosongan yang berbeda.

Sesuaikan suhu masing-masing: 35, 25, 10, 5, -5, -15°C. Dapat dilihat dari Gambar 1 bahwa pada suhu yang sama, dengan meningkatkan laju pengosongan, kapasitas pengosongan keseluruhan baterai LFP menunjukkan tren yang menurun. Di bawah tingkat debit yang sama, perubahan suhu rendah memiliki dampak yang lebih besar pada kapasitas debit baterai LFP.

Ketika suhu turun di bawah 0 , kapasitas debit sangat berkurang dan kapasitasnya tidak dapat diubah. Perlu dicatat bahwa baterai LFP memperburuk atenuasi kapasitas pelepasan di bawah pengaruh ganda suhu rendah dan laju pelepasan yang besar. Dibandingkan dengan baterai LFP, baterai NMC lebih sensitif terhadap suhu, dan kapasitas pengosongannya berubah secara signifikan dengan suhu lingkungan dan laju pengosongan.

Dapat dilihat dari Gambar 2 bahwa pada temperatur yang sama, kapasitas pengosongan keseluruhan baterai NMC menunjukkan tren peluruhan pertama dan kemudian naik. Di bawah tingkat debit yang sama, semakin rendah suhu, semakin rendah kapasitas debit.

Dengan meningkatnya laju pengosongan, kapasitas pengosongan baterai lithium-ion terus menurun. Alasannya adalah karena polarisasi yang serius, tegangan pelepasan diturunkan ke tegangan pemutusan pelepasan terlebih dahulu, yaitu, waktu pelepasan dipersingkat, pelepasan tidak mencukupi, dan elektroda negatif Li+ tidak jatuh. Tertanam sepenuhnya. Ketika tingkat pengosongan baterai antara 1.5 dan 3.0, kapasitas pengosongan mulai menunjukkan tanda-tanda pemulihan ke tingkat yang berbeda-beda. Saat reaksi berlanjut, suhu baterai itu sendiri akan meningkat secara signifikan dengan peningkatan laju pelepasan, kapasitas pergerakan termal Li+ diperkuat, dan kecepatan difusi dipercepat, sehingga kecepatan pelepasan Li+ dipercepat dan kapasitas debit meningkat. Dapat disimpulkan bahwa pengaruh ganda dari besar debit dan kenaikan suhu baterai itu sendiri menyebabkan fenomena non-monotonik baterai.

3. Pengaruh kenaikan suhu baterai terhadap kapasitas discharge. Baterai NMC masing-masing dikenai eksperimen pelepasan 2.0, 2.5, 3.0, 3.5, 4.0, 4.5C pada 30℃, dan kurva hubungan antara kapasitas pelepasan dan kenaikan suhu baterai lithium-ion ditunjukkan pada Gambar 3. Ditunjukkan.

Dapat dilihat dari Gambar 3 bahwa pada kapasitas debit yang sama, semakin tinggi laju debit, semakin signifikan perubahan kenaikan suhu. Menganalisis tiga periode proses pelepasan arus konstan di bawah laju pelepasan yang sama menunjukkan bahwa kenaikan suhu terutama pada tahap awal dan akhir pelepasan.

Keempat, pengaruh suhu lingkungan pada kapasitas debit Suhu operasi terbaik baterai lithium-ion adalah 25-40 . Dari perbandingan Tabel 2 dan Tabel 3, terlihat bahwa ketika suhu lebih rendah dari 5 °C, kedua jenis baterai habis dengan cepat dan kapasitas pengosongan berkurang secara signifikan.

Setelah percobaan suhu rendah, suhu tinggi dipulihkan. Pada suhu yang sama, kapasitas pengosongan baterai LFP turun 137.1mAh, dan baterai NMC turun 47.8mAh, tetapi kenaikan suhu dan waktu pengosongan tidak berubah. Dapat dilihat bahwa LFP memiliki stabilitas termal yang baik dan hanya menunjukkan toleransi yang buruk pada suhu rendah, dan kapasitas baterai memiliki redaman yang tidak dapat diubah; sedangkan baterai NMC sensitif terhadap perubahan suhu.

Kelima, pengaruh jumlah siklus terhadap kapasitas pengosongan Gambar 4 adalah diagram skema kurva peluruhan kapasitas baterai lithium-ion, dan kapasitas pengosongan pada 0.8Q dicatat sebagai titik kegagalan baterai. Ketika jumlah siklus pengisian dan pengosongan meningkat, kapasitas pengosongan mulai menunjukkan penurunan.

Baterai LFP 1600mAh diisi dan dikosongkan pada 0.5C dan dikosongkan pada 0.5C untuk eksperimen siklus pengisian-pengosongan. Sebanyak 600 siklus dilakukan, dan 80% dari kapasitas baterai digunakan sebagai kriteria kegagalan baterai. Gunakan 100 sebagai interval waktu untuk menganalisis persentase kesalahan relatif dari kapasitas debit dan redaman kapasitas, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 5.

Baterai NMC 2000mAh diisi pada 1.0C dan dikosongkan pada 1.0C untuk percobaan siklus pengisian-pengosongan, dan 80% dari kapasitas baterai diambil sebagai kapasitas baterai di akhir masa pakainya. Ambil 700 kali pertama dan analisis kapasitas debit dan persentase kesalahan relatif dari redaman kapasitas dengan 100 sebagai interval, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 6.

Kapasitas baterai LFP dan baterai NMC ketika jumlah siklus adalah 0 adalah kapasitas pengenal, tetapi biasanya kapasitas aktual kurang dari kapasitas pengenal, jadi setelah 100 siklus pertama, kapasitas pelepasan meluruh secara serius. Baterai LFP memiliki masa pakai yang lama, masa pakai teoretisnya 1,000 kali; kehidupan teoritis baterai NMC adalah 300 kali. Setelah jumlah siklus yang sama, kapasitas baterai NMC meluruh lebih cepat; ketika jumlah siklus adalah 600, kapasitas baterai NMC meluruh mendekati ambang kegagalan.

6. Kesimpulan

Melalui percobaan pengisian dan pengosongan pada baterai lithium-ion, lima parameter bahan katoda, laju pengosongan, kenaikan suhu baterai, suhu lingkungan dan nomor siklus digunakan sebagai variabel, dan hubungan antara karakteristik terkait kapasitas dan faktor pengaruh yang berbeda dianalisis, dan didapatkan kesimpulan sebagai berikut:

(1) Dalam kisaran suhu terukur baterai, suhu tinggi yang sesuai mendorong deinterkalasi dan melekatnya Li+. Khusus untuk kapasitas pelepasan, semakin besar laju pelepasan, semakin besar laju pembangkitan panas, dan semakin jelas reaksi elektrokimia di dalam baterai lithium-ion.

(2) Baterai LFP menunjukkan kemampuan beradaptasi yang baik terhadap suhu tinggi dan laju pengosongan selama pengisian dan pengosongan; ia memiliki toleransi yang buruk terhadap suhu rendah, kapasitas debit sangat menurun, dan tidak dapat dipulihkan setelah pemanasan.

(3) Di bawah jumlah siklus pengisian dan pengosongan yang sama, baterai LFP memiliki masa pakai yang lama, dan kapasitas baterai NMC meluruh hingga 80% dari kapasitas pengenal lebih cepat. (4) Dibandingkan dengan baterai LFP, kapasitas pelepasan baterai NMC lebih sensitif terhadap suhu, dan pada tingkat pelepasan yang besar, kapasitas pelepasan tidak monoton dan kenaikan suhu berubah secara signifikan.