चार्ज आणि डिस्चार्ज सायकलची संख्या जसजशी वाढत जाईल, तसतसे बॅटरीची क्षमता क्षीण होत राहील. जेव्हा क्षमता रेट केलेल्या क्षमतेच्या 75% ते 80% पर्यंत कमी होते, तेव्हा लिथियम-आयन बॅटरी अयशस्वी स्थितीत असल्याचे मानले जाते. डिस्चार्ज रेट, बॅटरी तापमान वाढ आणि सभोवतालच्या तापमानाचा लिथियम-आयन बॅटरीच्या डिस्चार्ज क्षमतेवर जास्त परिणाम होतो.

हा पेपर चार्जिंग आणि डिस्चार्जिंग निकषांचा अवलंब करतो स्थिर व्होल्टेज आणि स्थिर वर्तमान चार्जिंग आणि बॅटरीसाठी सतत वर्तमान डिस्चार्जिंग. डिस्चार्ज रेट, बॅटरी डिस्चार्ज तापमान वाढ आणि सभोवतालचे तापमान हे क्रमिकपणे चल म्हणून वापरले जातात आणि चक्रीय प्रयोग परिमाणात्मकपणे केले जातात आणि डिस्चार्ज दर आणि बॅटरी डिस्चार्ज तापमान वेगवेगळ्या कॅथोड सामग्री अंतर्गत विश्लेषित केले जातात. लिथियम-आयन बॅटरीच्या डिस्चार्ज क्षमतेवर तापमान, सभोवतालचे तापमान आणि सायकल वेळा यांचा प्रभाव.

1. बॅटरीचा मूलभूत प्रायोगिक कार्यक्रम

सकारात्मक आणि नकारात्मक सामग्री भिन्न आहेत आणि सायकलचे आयुष्य मोठ्या प्रमाणात बदलते, जे बॅटरीच्या क्षमतेच्या वैशिष्ट्यांवर परिणाम करते. लिथियम आयरन फॉस्फेट (LFP) आणि निकेल-कोबाल्ट-मॅंगनीज टर्नरी मटेरियल (NMC) लिथियम-आयन दुय्यम बॅटरीसाठी कॅथोड मटेरिअल्स म्हणून त्यांच्या अनन्य फायद्यांसह मोठ्या प्रमाणावर वापरले जातात. टेबल 1 वरून असे दिसून येते की NMC बॅटरीची रेट केलेली क्षमता, नाममात्र व्होल्टेज आणि डिस्चार्ज दर LFP बॅटरीपेक्षा जास्त आहेत.

LFP आणि NMC लिथियम-आयन बॅटरी ठराविक स्थिर प्रवाह आणि स्थिर व्होल्टेज चार्जिंग आणि स्थिर वर्तमान डिस्चार्ज नियमांनुसार चार्ज आणि डिस्चार्ज करा आणि चार्ज आणि डिस्चार्ज कट-ऑफ व्होल्टेज, डिस्चार्ज रेट, बॅटरी तापमान वाढ, प्रायोगिक तापमान आणि बॅटरी क्षमता बदल नोंदवा. चार्ज आणि डिस्चार्ज प्रक्रियेदरम्यान स्थिती.

2. डिस्चार्ज क्षमतेवर डिस्चार्ज रेटचा प्रभाव तापमान आणि चार्ज आणि डिस्चार्ज नियम निश्चित करा आणि एलएफपी बॅटरी आणि एनएमसी बॅटरी वेगवेगळ्या डिस्चार्ज दरांनुसार स्थिर प्रवाहावर डिस्चार्ज करा.

अनुक्रमे तापमान समायोजित करा: 35, 25, 10, 5, -5, -15°C. आकृती 1 वरून हे पाहिले जाऊ शकते की त्याच तापमानात, डिस्चार्ज दर वाढवून, LFP बॅटरीची एकूण डिस्चार्ज क्षमता कमी होत चाललेली प्रवृत्ती दर्शवते. समान डिस्चार्ज रेट अंतर्गत, कमी तापमानातील बदलांचा LFP बॅटरीच्या डिस्चार्ज क्षमतेवर जास्त परिणाम होतो.

जेव्हा तापमान 0 डिग्री सेल्सियसपेक्षा कमी होते, तेव्हा डिस्चार्ज क्षमता गंभीरपणे क्षीण होते आणि क्षमता अपरिवर्तनीय असते. हे लक्षात घेण्यासारखे आहे की कमी तापमान आणि मोठ्या डिस्चार्ज रेटच्या दुहेरी प्रभावाखाली एलएफपी बॅटरी डिस्चार्ज क्षमतेचे क्षीणीकरण वाढवतात. LFP बॅटऱ्यांच्या तुलनेत, NMC बॅटऱ्या तापमानाला अधिक संवेदनशील असतात आणि त्यांची डिस्चार्ज क्षमता सभोवतालचे तापमान आणि डिस्चार्ज रेटसह लक्षणीय बदलते.

आकृती 2 वरून हे पाहिले जाऊ शकते की त्याच तापमानात, NMC बॅटरीची एकूण डिस्चार्ज क्षमता प्रथम क्षय आणि नंतर वाढण्याची प्रवृत्ती दर्शवते. समान डिस्चार्ज रेट अंतर्गत, कमी तापमान, कमी डिस्चार्ज क्षमता.

डिस्चार्ज रेट वाढल्याने, लिथियम-आयन बॅटरीची डिस्चार्ज क्षमता कमी होत आहे. याचे कारण असे आहे की गंभीर ध्रुवीकरणामुळे, डिस्चार्ज व्होल्टेज डिस्चार्ज कट-ऑफ व्होल्टेजमध्ये आगाऊ कमी केले जाते, म्हणजेच डिस्चार्ज वेळ कमी केला जातो, डिस्चार्ज अपुरा आहे आणि नकारात्मक इलेक्ट्रोड Li+ खाली पडत नाही. पूर्णपणे एम्बेड केलेले. जेव्हा बॅटरी डिस्चार्ज दर 1.5 आणि 3.0 च्या दरम्यान असतो, तेव्हा डिस्चार्ज क्षमता वेगवेगळ्या प्रमाणात पुनर्प्राप्तीची चिन्हे दर्शवू लागते. प्रतिक्रिया चालू राहिल्याने, डिस्चार्ज रेटच्या वाढीसह बॅटरीचे तापमान स्वतःच लक्षणीय वाढेल, Li+ ची थर्मल हालचाल क्षमता बळकट होईल, आणि प्रसाराचा वेग वाढेल, ज्यामुळे Li+ च्या डी-एम्बेडिंग गतीला गती मिळेल आणि डिस्चार्ज क्षमता वाढते. असा निष्कर्ष काढला जाऊ शकतो की मोठ्या डिस्चार्ज रेटचा दुहेरी प्रभाव आणि बॅटरीच्या तापमानात वाढ यामुळेच बॅटरीची नॉन-मोनोटोनिक घटना घडते.

3. डिस्चार्ज क्षमतेवर बॅटरी तापमान वाढीचा प्रभाव. NMC बॅटरी अनुक्रमे 2.0, 2.5, 3.0, 3.5, 4.0, 4.5C डिस्चार्ज प्रयोगांच्या अधीन आहेत 30℃, आणि डिस्चार्ज क्षमता आणि लिथियम-आयन बॅटरीची तापमान वाढ यांच्यातील संबंध वक्र आकृती 3 मध्ये दाखवले आहे.

आकृती 3 वरून हे दिसून येते की समान डिस्चार्ज क्षमतेच्या खाली, डिस्चार्ज दर जितका जास्त असेल तितका जास्त लक्षणीय तापमान वाढेल. समान डिस्चार्ज रेट अंतर्गत सतत चालू असलेल्या डिस्चार्ज प्रक्रियेच्या तीन कालावधींचे विश्लेषण केल्यावर असे दिसून येते की तापमानात वाढ प्रामुख्याने स्त्रावच्या सुरुवातीच्या आणि शेवटच्या टप्प्यात होते.

चौथे, डिस्चार्ज क्षमतेवर सभोवतालच्या तापमानाचा प्रभाव लिथियम-आयन बॅटरीचे सर्वोत्तम ऑपरेटिंग तापमान 25-40 ℃ आहे. तक्ता 2 आणि तक्ता 3 च्या तुलनेत, असे दिसून येते की जेव्हा तापमान 5°C पेक्षा कमी असते, तेव्हा दोन प्रकारच्या बॅटरी वेगाने डिस्चार्ज होतात आणि डिस्चार्ज क्षमता लक्षणीयरीत्या कमी होते.

कमी तापमानाच्या प्रयोगानंतर उच्च तापमान पूर्ववत झाले. त्याच तापमानात, LFP बॅटरीची डिस्चार्ज क्षमता 137.1mAh ने कमी झाली आणि NMC बॅटरी 47.8mAh ने कमी झाली, परंतु तापमान वाढ आणि डिस्चार्ज वेळ बदलला नाही. हे पाहिले जाऊ शकते की एलएफपीमध्ये चांगली थर्मल स्थिरता आहे आणि कमी तापमानात फक्त खराब सहनशीलता प्रदर्शित करते आणि बॅटरी क्षमतेमध्ये अपरिवर्तनीय क्षीणता आहे; एनएमसी बॅटरी तापमानातील बदलांसाठी संवेदनशील असतात.

पाचवे, डिस्चार्ज क्षमतेवरील चक्रांच्या संख्येचा प्रभाव आकृती 4 हा लिथियम-आयन बॅटरीच्या क्षमतेच्या क्षय वक्रचा एक योजनाबद्ध आकृती आहे आणि 0.8Q वरील डिस्चार्ज क्षमता बॅटरी निकामी बिंदू म्हणून रेकॉर्ड केली जाते. चार्ज आणि डिस्चार्ज सायकल्सची संख्या वाढत असताना, डिस्चार्ज क्षमता कमी होऊ लागते.

चार्ज-डिस्चार्ज सायकल प्रयोगासाठी 1600mAh LFP बॅटरी 0.5C वर चार्ज आणि डिस्चार्ज केली गेली आणि 0.5C वर डिस्चार्ज केली गेली. एकूण 600 चक्रे पार पाडली गेली आणि बॅटरीच्या क्षमतेपैकी 80% बॅटरी अपयशाचा निकष म्हणून वापरली गेली. आकृती 100 मध्ये दर्शविल्याप्रमाणे, डिस्चार्ज क्षमता आणि क्षमता क्षीणतेच्या सापेक्ष त्रुटी टक्केवारीचे विश्लेषण करण्यासाठी मध्यांतर वेळा म्हणून 5 वापरा.

चार्ज-डिस्चार्ज सायकल प्रयोगासाठी 2000mAh NMC बॅटरी 1.0C वर चार्ज केली गेली आणि 1.0C वर डिस्चार्ज केली गेली आणि बॅटरी क्षमतेच्या 80% बॅटरीची क्षमता तिच्या आयुष्याच्या शेवटी घेतली गेली. पहिल्या 700 वेळा घ्या आणि आकृती 100 मध्ये दर्शविल्याप्रमाणे, अंतराल म्हणून 6 सह डिस्चार्ज क्षमता आणि क्षमता क्षीणतेच्या सापेक्ष त्रुटी टक्केवारीचे विश्लेषण करा.

LFP बॅटरी आणि NMC बॅटरीची क्षमता जेव्हा सायकलची संख्या 0 असते तेव्हा रेट केलेली क्षमता असते, परंतु सामान्यतः वास्तविक क्षमता रेट केलेल्या क्षमतेपेक्षा कमी असते, त्यामुळे पहिल्या 100 चक्रांनंतर, डिस्चार्ज क्षमता गंभीरपणे क्षीण होते. एलएफपी बॅटरीमध्ये दीर्घ सायकल आयुष्य आहे, सैद्धांतिक आयुष्य 1,000 पट आहे; एनएमसी बॅटरीचे सैद्धांतिक आयुष्य 300 पट आहे. समान संख्येच्या चक्रानंतर, एनएमसी बॅटरीची क्षमता अधिक वेगाने क्षीण होते; जेव्हा सायकलची संख्या 600 असते, तेव्हा NMC बॅटरीची क्षमता बिघाडाच्या उंबरठ्याच्या जवळ क्षीण होते.

6 निष्कर्ष

लिथियम-आयन बॅटरीवरील चार्जिंग आणि डिस्चार्जिंग प्रयोगांद्वारे, कॅथोड सामग्रीचे पाच पॅरामीटर्स, डिस्चार्ज रेट, बॅटरीचे तापमान वाढ, सभोवतालचे तापमान आणि सायकल क्रमांक हे व्हेरिएबल्स म्हणून वापरले जातात आणि क्षमता-संबंधित वैशिष्ट्ये आणि भिन्न प्रभावकारी घटकांमधील संबंधांचे विश्लेषण केले जाते, आणि निष्कर्षानुसार खालील गोष्टी प्राप्त होतात:

(1) बॅटरीच्या रेट केलेल्या तापमान श्रेणीमध्ये, योग्य उच्च तापमान Li+ च्या डिइंटरकलेशन आणि एम्बेडमेंटला प्रोत्साहन देते. विशेषतः डिस्चार्ज क्षमतेसाठी, डिस्चार्ज रेट जितका जास्त असेल तितका जास्त उष्णता निर्माण होण्याचा दर आणि लिथियम-आयन बॅटरीच्या आत इलेक्ट्रोकेमिकल प्रतिक्रिया अधिक स्पष्ट होईल.

(2) LFP बॅटरी चार्ज आणि डिस्चार्ज दरम्यान उच्च तापमान आणि डिस्चार्ज रेटसाठी चांगली अनुकूलता दर्शवते; त्याची कमी तापमानाला सहनशीलता कमी आहे, डिस्चार्ज क्षमता गंभीरपणे क्षीण होते आणि गरम केल्यानंतर पुनर्प्राप्त करता येत नाही.

(३) समान संख्येच्या चार्ज आणि डिस्चार्ज सायकल्स अंतर्गत, LFP बॅटरीचे आयुष्य दीर्घकाळ असते आणि NMC बॅटरीची क्षमता रेट केलेल्या क्षमतेच्या 3% पर्यंत अधिक वेगाने क्षीण होते. (80) LFP बॅटरीच्या तुलनेत, NMC बॅटरीची डिस्चार्ज क्षमता तापमानासाठी अधिक संवेदनशील असते आणि मोठ्या डिस्चार्ज दराने, डिस्चार्ज क्षमता मोनोटोनिक नसते आणि तापमान वाढ लक्षणीयरीत्या बदलते.