Naarmate het aantal laad- en ontlaadcycli toeneemt, zal de batterijcapaciteit verder afnemen. Wanneer de capaciteit afneemt tot 75% tot 80% van de nominale capaciteit, wordt de lithium-ionbatterij als defect beschouwd. Ontlaadsnelheid, temperatuurstijging van de batterij en omgevingstemperatuur hebben een grotere invloed op de ontlaadcapaciteit van lithium-ionbatterijen.

Dit document keurt de laad- en ontlaadcriteria van constant voltage en constant stroomladen en constant stroomontladen voor de batterij goed. De ontlaadsnelheid, de ontlaadtemperatuur van de batterij en de omgevingstemperatuur worden achtereenvolgens gebruikt als variabelen en cyclische experimenten worden kwantitatief uitgevoerd, en de ontlaadsnelheid en de ontlaadtemperatuur van de batterij worden geanalyseerd onder verschillende kathodematerialen. De invloed van temperatuur, omgevingstemperatuur en cyclustijden op de ontlaadcapaciteit van lithium-ion batterijen.

1. Het experimentele basisprogramma van de batterij:

De positieve en negatieve materialen zijn verschillend en de levensduur varieert sterk, wat de capaciteitskenmerken van de batterij beïnvloedt. Lithium-ijzerfosfaat (LFP) en nikkel-kobalt-mangaan ternaire materialen (NMC) worden veel gebruikt als kathodematerialen voor secundaire lithium-ionbatterijen met hun unieke voordelen. Uit tabel 1 blijkt dat de nominale capaciteit, nominale spanning en ontlaadsnelheid van de NMC-batterij hoger zijn dan die van de LFP-batterij.

Laad en ontlaad LFP- en NMC-lithium-ionbatterijen volgens bepaalde regels voor opladen met constante stroom en constante spanning en constante stroomontlading, en noteer de laad- en ontlaaduitschakelspanning, ontlaadsnelheid, batterijtemperatuurstijging, experimentele temperatuur en veranderingen in batterijcapaciteit tijdens het laad- en ontlaadproces Conditie.

2. De invloed van de ontlaadsnelheid op de ontlaadcapaciteit Stel de temperatuur en de laad- en ontlaadregels vast en ontlaad de LFP-batterij en NMC-batterij met een constante stroom volgens verschillende ontlaadsnelheden.

Stel de temperatuur respectievelijk in: 35, 25, 10, 5, -5, -15°C. Uit figuur 1 blijkt dat bij dezelfde temperatuur, door de ontladingssnelheid te verhogen, de totale ontladingscapaciteit van de LFP-batterij een dalende trend laat zien. Bij dezelfde ontlaadsnelheid hebben veranderingen in lage temperatuur een grotere invloed op de ontlaadcapaciteit van LFP-batterijen.

Wanneer de temperatuur onder 0 daalt, neemt de ontladingscapaciteit ernstig af en is de capaciteit onomkeerbaar. Het is vermeldenswaard dat LFP-batterijen de verzwakking van de ontladingscapaciteit verergeren onder de dubbele invloed van lage temperatuur en grote ontladingssnelheid. Vergeleken met LFP-batterijen zijn NMC-batterijen gevoeliger voor temperatuur en hun ontlaadcapaciteit verandert aanzienlijk met de omgevingstemperatuur en de ontlaadsnelheid.

Uit figuur 2 blijkt dat bij dezelfde temperatuur de totale ontladingscapaciteit van de NMC-batterij een trend vertoont van eerst verval en vervolgens stijgen. Bij dezelfde ontladingssnelheid, hoe lager de temperatuur, hoe lager de ontladingscapaciteit.

Met de toename van de ontladingssnelheid blijft de ontladingscapaciteit van lithium-ionbatterijen afnemen. De reden is dat vanwege de ernstige polarisatie de ontladingsspanning vooraf wordt verlaagd tot de ontladings-uitschakelspanning, dat wil zeggen dat de ontladingstijd wordt verkort, de ontlading onvoldoende is en de negatieve elektrode Li+ niet valt. Volledig ingebed. Wanneer de ontladingssnelheid van de batterij tussen 1.5 en 3.0 ligt, begint de ontladingscapaciteit in verschillende mate tekenen van herstel te vertonen. Naarmate de reactie voortduurt, zal de temperatuur van de batterij zelf aanzienlijk toenemen met de toename van de ontladingssnelheid, de thermische bewegingscapaciteit van Li+ wordt versterkt en de diffusiesnelheid wordt versneld, zodat de de-inbeddingssnelheid van Li+ wordt versneld en de afvoercapaciteit stijgt. Er kan worden geconcludeerd dat de dubbele invloed van de grote ontladingssnelheid en de temperatuurstijging van de batterij zelf het niet-monotone fenomeen van de batterij veroorzaakt.

3. De invloed van de stijging van de batterijtemperatuur op de ontlaadcapaciteit. NMC-batterijen worden respectievelijk onderworpen aan 2.0, 2.5, 3.0, 3.5, 4.0, 4.5C ontladingsexperimenten bij 30 , en de relatiecurve tussen de ontladingscapaciteit en de temperatuurstijging van de lithium-ionbatterij wordt getoond in figuur 3. Getoond.

Uit figuur 3 blijkt dat bij dezelfde afvoercapaciteit, hoe hoger de afvoersnelheid, des te significanter de temperatuurstijging verandert. Analyse van de drie perioden van het ontladingsproces met constante stroom onder dezelfde ontladingssnelheid laat zien dat de temperatuurstijging voornamelijk in de begin- en late stadia van de ontlading plaatsvindt.

Ten vierde, de invloed van de omgevingstemperatuur op de ontlaadcapaciteit. De beste bedrijfstemperatuur van lithium-ionbatterijen is 25-40 ℃. Uit de vergelijking van Tabel 2 en Tabel 3 blijkt dat wanneer de temperatuur lager is dan 5°C, de twee typen batterijen snel ontladen en de ontlaadcapaciteit aanzienlijk wordt verminderd.

Na het experiment met lage temperatuur werd de hoge temperatuur hersteld. Bij dezelfde temperatuur nam de ontlaadcapaciteit van de LFP-batterij af met 137.1 mAh en de NMC-batterij met 47.8 mAh, maar de temperatuurstijging en ontlaadtijd veranderden niet. Het is te zien dat LFP een goede thermische stabiliteit heeft en slechts een slechte tolerantie vertoont bij lage temperaturen, en dat de batterijcapaciteit een onomkeerbare demping heeft; terwijl NMC-batterijen gevoelig zijn voor temperatuurveranderingen.

Ten vijfde, de invloed van het aantal cycli op de ontlaadcapaciteit. Figuur 4 is een schematisch diagram van de capaciteitsvervalcurve van een lithium-ionbatterij, en de ontlaadcapaciteit bij 0.8 Q wordt geregistreerd als het batterijstoringspunt. Naarmate het aantal laad- en ontlaadcycli toeneemt, begint de ontlaadcapaciteit af te nemen.

Een LFP-batterij van 1600 mAh werd opgeladen en ontladen bij 0.5C en ontladen bij 0.5C voor een laad-ontlaadcyclus-experiment. Er werden in totaal 600 cycli uitgevoerd en 80% van de batterijcapaciteit werd gebruikt als criterium voor het falen van de batterij. Gebruik 100 als de intervaltijden om het relatieve foutpercentage van de ontlaadcapaciteit en capaciteitsdemping te analyseren, zoals weergegeven in figuur 5.

Een 2000 mAh NMC-batterij werd opgeladen bij 1.0 C en ontladen bij 1.0 C voor een laad-ontlaadcyclus-experiment, en 80% van de batterijcapaciteit werd genomen als de batterijcapaciteit aan het einde van zijn levensduur. Neem de eerste 700 keer en analyseer de ontlaadcapaciteit en het relatieve foutpercentage van de capaciteitsdemping met 100 als interval, zoals weergegeven in figuur 6.

De capaciteit van de LFP-batterij en NMC-batterij wanneer het aantal cycli 0 is, is de nominale capaciteit, maar meestal is de werkelijke capaciteit minder dan de nominale capaciteit, dus na de eerste 100 cycli neemt de ontladingscapaciteit ernstig af. De LFP-batterij heeft een lange levensduur, de theoretische levensduur is 1,000 keer; de theoretische levensduur van de NMC-batterij is 300 keer. Na hetzelfde aantal cycli neemt de capaciteit van de NMC-batterij sneller af; wanneer het aantal cycli 600 is, neemt de capaciteit van de NMC-batterij af in de buurt van de storingsdrempel.

6. Conclusie

Door middel van laad- en ontlaadexperimenten op lithium-ionbatterijen worden de vijf parameters kathodemateriaal, ontladingssnelheid, batterijtemperatuurstijging, omgevingstemperatuur en cyclusnummer als variabelen gebruikt en wordt de relatie tussen capaciteitsgerelateerde kenmerken en verschillende beïnvloedende factoren geanalyseerd, en tot slot wordt het volgende verkregen:

(1) Binnen het nominale temperatuurbereik van de batterij bevordert een geschikte hoge temperatuur de de-intercalatie en inbedding van Li+. Vooral voor de ontladingscapaciteit geldt: hoe groter de ontladingssnelheid, hoe groter de warmteontwikkelingssnelheid en hoe duidelijker de elektrochemische reactie in de lithium-ionbatterij.

(2) De LFP-batterij vertoont een goed aanpassingsvermogen aan hoge temperaturen en ontlaadsnelheid tijdens laden en ontladen; het heeft een slechte tolerantie voor lage temperaturen, de afvoercapaciteit neemt ernstig af en kan niet worden hersteld na verwarming.

(3) Bij hetzelfde aantal laad- en ontlaadcycli heeft de LFP-batterij een lange levensduur en neemt de capaciteit van de NMC-batterij sneller af tot 80% van de nominale capaciteit. (4) Vergeleken met de LFP-batterij is de ontlaadcapaciteit van de NMC-batterij gevoeliger voor temperatuur en bij een hoge ontlaadsnelheid is de ontlaadcapaciteit niet monotoon en verandert de temperatuurstijging aanzienlijk.