Etter hvert som antall lade- og utladingssykluser øker, vil batterikapasiteten fortsette å avta. Når kapasiteten synker til 75 % til 80 % av den nominelle kapasiteten, anses litiumionbatteriet å være i en feiltilstand. Utladningshastighet, batteritemperaturøkning og omgivelsestemperatur har større innvirkning på utladingskapasiteten til litiumion-batterier.

Denne artikkelen tar i bruk kriteriene for lading og utlading av konstant spenning og konstant strømlading og konstant strømutlading for batteriet. Utladningshastigheten, batteriutladningstemperaturøkningen og omgivelsestemperaturen brukes suksessivt som variabler og sykliske eksperimenter utføres kvantitativt, og utladningshastigheten og batteriutladningstemperaturen analyseres under forskjellige katodematerialer. Påvirkningen av temperatur, omgivelsestemperatur og syklustider på utladningskapasiteten til litium-ion-batterier.

1. Det grunnleggende eksperimentelle programmet til batteriet

De positive og negative materialene er forskjellige, og levetiden varierer mye, noe som påvirker kapasitetsegenskapene til batteriet. Litiumjernfosfat (LFP) og nikkel-kobolt-mangan ternære materialer (NMC) er mye brukt som katodematerialer for litium-ion sekundære batterier med sine unike fordeler. Det kan sees fra tabell 1 at den nominelle kapasiteten, nominelle spenningen og utladingshastigheten til NMC-batteriet er høyere enn for LFP-batteriet.

Lad og utlad LFP- og NMC-litiumion-batterier i henhold til visse regler for konstant strøm og konstant spenningslading og konstantstrømutladning, og registrer spenningen for lading og utlading, utladningshastighet, batteritemperaturøkning, eksperimentelle temperatur og batterikapasitetsendringer under lade- og utladingsprosessen Tilstand.

2. Utladningshastighetens innflytelse på utladingskapasiteten. Fest temperatur- og lade- og utladningsreglene, og utlad LFP-batteriet og NMC-batteriet med konstant strøm i henhold til forskjellige utladningshastigheter.

Juster temperaturen henholdsvis: 35, 25, 10, 5, -5, -15°C. Det kan sees fra figur 1 at ved samme temperatur, ved å øke utladingshastigheten, viser den totale utladingskapasiteten til LFP-batteriet en synkende trend. Under samme utladningshastighet har endringer i lav temperatur større innvirkning på utladingskapasiteten til LFP-batterier.

Når temperaturen synker under 0 ℃, synker utladningskapasiteten kraftig og kapasiteten er irreversibel. Det er verdt å merke seg at LFP-batterier forverrer dempningen av utladningskapasiteten under dobbel påvirkning av lav temperatur og stor utladningshastighet. Sammenlignet med LFP-batterier er NMC-batterier mer følsomme for temperatur, og utladningskapasiteten deres endres betydelig med omgivelsestemperatur og utladningshastighet.

Det kan sees av figur 2 at ved samme temperatur viser den totale utladingskapasiteten til NMC-batteriet en trend med først nedbrytning og deretter stigning. Under samme utslippshastighet, jo lavere temperatur, jo lavere utslippskapasitet.

Med økningen i utladningshastigheten fortsetter utladingskapasiteten til litiumionbatterier å synke. Årsaken er at på grunn av den alvorlige polariseringen reduseres utladningsspenningen til utladningsavskjæringsspenningen på forhånd, det vil si at utladningstiden forkortes, utladningen er utilstrekkelig, og den negative elektroden Li+ faller ikke av. Helt innebygd. Når batteriutladingshastigheten er mellom 1.5 og 3.0, begynner utladingskapasiteten å vise tegn til gjenoppretting i varierende grad. Ettersom reaksjonen fortsetter, vil temperaturen på selve batteriet øke betydelig med økningen av utladningshastigheten, den termiske bevegelseskapasiteten til Li+ styrkes, og diffusjonshastigheten akselereres, slik at de-embedding-hastigheten til Li+ akselereres og utslippskapasiteten øker. Det kan konkluderes med at den doble påvirkningen av den store utladningshastigheten og temperaturøkningen til selve batteriet forårsaker det ikke-monotoniske fenomenet til batteriet.

3. Påvirkning av batteritemperaturøkning på utladningskapasiteten. NMC-batterier utsettes for henholdsvis 2.0, 2.5, 3.0, 3.5, 4.0, 4.5C utladingseksperimenter ved 30 ℃, og forholdskurven mellom utladningskapasiteten og temperaturøkningen til litiumionbatteriet er vist i figur 3. Vist.

Det kan sees av figur 3 at under samme utslippskapasitet, jo høyere utslippshastighet, desto mer signifikant endres temperaturstigningen. Å analysere de tre periodene av konstantstrømutladningsprosessen under samme utladningshastighet viser at temperaturøkningen hovedsakelig er i de innledende og sene stadiene av utladningen.

For det fjerde, påvirkningen av omgivelsestemperaturen på utladningskapasiteten. Den beste driftstemperaturen for litiumionbatterier er 25-40 ℃. Fra sammenligningen av tabell 2 og tabell 3 kan man se at når temperaturen er lavere enn 5°C, utlades de to batteritypene raskt og utladingskapasiteten reduseres betydelig.

Etter lavtemperaturforsøket ble den høye temperaturen gjenopprettet. Ved samme temperatur ble utladingskapasiteten til LFP-batteriet redusert med 137.1 mAh, og NMC-batteriet redusert med 47.8 mAh, men temperaturstigningen og utladingstiden endret seg ikke. Det kan sees at LFP har god termisk stabilitet og kun viser dårlig toleranse ved lave temperaturer, og batterikapasiteten har en irreversibel demping; mens NMC-batterier er følsomme for temperaturendringer.

For det femte, påvirkningen av antall sykluser på utladingskapasiteten. Figur 4 er et skjematisk diagram av kapasitetsnedbrytningskurven til et litiumionbatteri, og utladingskapasiteten ved 0.8Q er registrert som batterifeilpunktet. Etter hvert som antall lade- og utladingssykluser øker, begynner utladingskapasiteten å synke.

Et 1600mAh LFP-batteri ble ladet og utladet ved 0.5C og utladet ved 0.5C for et lade-utladingssykluseksperiment. Totalt ble det utført 600 sykluser, og 80 % av batterikapasiteten ble brukt som batterifeilkriterium. Bruk 100 som intervalltidene for å analysere den relative feilprosenten av utladningskapasitet og kapasitetsdempning, som vist i figur 5.

Et 2000mAh NMC-batteri ble ladet ved 1.0 C og utladet ved 1.0 C for et eksperiment med lade-utladingssyklus, og 80 % av batterikapasiteten ble tatt som batterikapasitet ved slutten av levetiden. Ta de første 700 gangene og analyser utladningskapasiteten og den relative feilprosenten av kapasitetsdempingen med 100 som intervall, som vist i figur 6.

Kapasiteten til LFP-batteri og NMC-batteri når antall sykluser er 0 er den nominelle kapasiteten, men vanligvis er den faktiske kapasiteten mindre enn den nominelle kapasiteten, så etter de første 100 syklusene synker utladningskapasiteten alvorlig. LFP-batteriet har lang sykluslevetid, den teoretiske levetiden er 1,000 ganger; den teoretiske levetiden til NMC-batteriet er 300 ganger. Etter samme antall sykluser faller NMC-batterikapasiteten raskere; når antall sykluser er 600, synker NMC-batterikapasiteten nær feilterskelen.

6. konklusjon

Gjennom lade- og utladingseksperimenter på litiumionbatterier brukes de fem parametrene katodemateriale, utladningshastighet, batteritemperaturstigning, omgivelsestemperatur og syklusnummer som variabler, og forholdet mellom kapasitetsrelaterte egenskaper og ulike påvirkningsfaktorer analyseres, og følgende er oppnådd i konklusjonen:

(1) Innenfor batteriets nominelle temperaturområde fremmer en passende høy temperatur deinterkalering og innebygging av Li+. Spesielt for utladningskapasiteten, jo større utladningshastigheten, jo større varmegenereringshastigheten, og jo mer åpenbar er den elektrokjemiske reaksjonen inne i litium-ion-batteriet.

(2) LFP-batteriet viser god tilpasningsevne til høy temperatur og utladingshastighet under lading og utlading; den har dårlig toleranse for lav temperatur, utslippskapasiteten avtar kraftig, og kan ikke gjenvinnes etter oppvarming.

(3) Under samme antall lade- og utladingssykluser har LFP-batteriet lang levetid, og NMC-batterikapasiteten avtar til 80 % av den nominelle kapasiteten raskere. (4) Sammenlignet med LFP-batteriet er utladningskapasiteten til NMC-batteriet mer følsom for temperatur, og ved høy utladningshastighet er utladningskapasiteten ikke monoton og temperaturstigningen endres betydelig.