Wraz ze wzrostem liczby cykli ładowania i rozładowania pojemność akumulatora będzie się zmniejszać. Gdy pojemność spada do 75% do 80% pojemności znamionowej, uznaje się, że akumulator litowo-jonowy jest w stanie awarii. Szybkość rozładowania, wzrost temperatury akumulatora i temperatura otoczenia mają większy wpływ na pojemność rozładowania akumulatorów litowo-jonowych.

W artykule przyjęto kryteria ładowania i rozładowywania stałego napięcia i stałego prądu ładowania oraz stałego prądu rozładowania akumulatora. Szybkość rozładowania, wzrost temperatury rozładowania akumulatora i temperatura otoczenia są kolejno wykorzystywane jako zmienne, a cykliczne eksperymenty są przeprowadzane ilościowo, a szybkość rozładowania i temperatura rozładowania akumulatora są analizowane dla różnych materiałów katodowych. Wpływ temperatury, temperatury otoczenia i czasów cyklu na pojemność rozładowania akumulatorów litowo-jonowych.

1. Podstawowy program eksperymentalny baterii

Materiały dodatnie i ujemne są różne, a żywotność jest bardzo zróżnicowana, co wpływa na charakterystykę pojemności akumulatora. Fosforan litowo-żelazowy (LFP) i trójskładnikowe materiały niklowo-kobaltowo-manganowe (NMC) są szeroko stosowane jako materiały katodowe do wtórnych akumulatorów litowo-jonowych ze względu na ich wyjątkowe zalety. Z tabeli 1 wynika, że ​​pojemność znamionowa, napięcie nominalne i szybkość rozładowania akumulatora NMC są wyższe niż akumulatora LFP.

Ładuj i rozładowuj akumulatory litowo-jonowe LFP i NMC zgodnie z pewnymi zasadami ładowania stałym prądem i stałym napięciem oraz stałym prądem rozładowania i rejestruj napięcie odcięcia ładowania i rozładowania, szybkość rozładowania, wzrost temperatury akumulatora, temperaturę eksperymentalną i zmiany pojemności akumulatora podczas procesu ładowania i rozładowywania Stan.

2. Wpływ szybkości rozładowania na pojemność rozładowania Ustal temperaturę oraz zasady ładowania i rozładowania oraz rozładuj akumulator LFP i akumulator NMC stałym prądem zgodnie z różnymi szybkościami rozładowania.

Ustaw temperaturę odpowiednio: 35, 25, 10, 5, -5, -15°C. Na rysunku 1 widać, że w tej samej temperaturze, poprzez zwiększenie szybkości rozładowania, całkowita pojemność rozładowania akumulatora LFP wykazuje tendencję spadkową. Przy tej samej szybkości rozładowywania zmiany w niskiej temperaturze mają większy wpływ na zdolność rozładowania akumulatorów LFP.

Gdy temperatura spadnie poniżej 0 ℃, wydajność rozładowania znacznie spada i wydajność jest nieodwracalna. Warto zauważyć, że akumulatory LFP pogarszają tłumienie zdolności rozładowania pod podwójnym wpływem niskiej temperatury i dużej szybkości rozładowania. W porównaniu z akumulatorami LFP, akumulatory NMC są bardziej wrażliwe na temperaturę, a ich zdolność rozładowania zmienia się znacznie wraz z temperaturą otoczenia i szybkością rozładowania.

Na rysunku 2 widać, że w tej samej temperaturze całkowita pojemność rozładowania akumulatora NMC wykazuje tendencję najpierw do zaniku, a następnie do wzrostu. Przy tej samej szybkości rozładowania, im niższa temperatura, tym niższa wydajność rozładowania.

Wraz ze wzrostem szybkości rozładowywania zdolność rozładowania akumulatorów litowo-jonowych stale spada. Powodem jest to, że ze względu na silną polaryzację napięcie rozładowania jest z góry redukowane do napięcia odcięcia rozładowania, czyli skraca się czas rozładowania, wyładowanie jest niewystarczające, a elektroda ujemna Li+ nie odpada. Całkowicie osadzony. Gdy szybkość rozładowania akumulatora wynosi od 1.5 do 3.0, pojemność rozładowania zaczyna wykazywać oznaki regeneracji w różnym stopniu. W miarę postępu reakcji temperatura samego akumulatora znacznie wzrośnie wraz ze wzrostem szybkości rozładowania, wzmocniona zostanie zdolność ruchu termicznego Li+, a prędkość dyfuzji jest przyspieszona, dzięki czemu przyspieszona zostanie prędkość wynurzania Li+ i wzrasta wydajność rozładowania. Można wnioskować, że podwójny wpływ dużej szybkości rozładowania i samego wzrostu temperatury akumulatora powoduje niemonotoniczne zjawisko akumulatora.

3. Wpływ wzrostu temperatury akumulatora na pojemność rozładowania. Akumulatory NMC poddaje się odpowiednio eksperymentom rozładowania 2.0, 2.5, 3.0, 3.5, 4.0, 4.5C w temperaturze 30℃, a krzywą zależności między pojemnością rozładowania a wzrostem temperatury akumulatora litowo-jonowego pokazano na rysunku 3. Pokazano.

Na rysunku 3 widać, że przy tej samej wydajności rozładowania, im wyższa prędkość rozładowania, tym bardziej znaczące zmiany wzrostu temperatury. Analiza trzech okresów procesu rozładowania stałoprądowego przy tej samej szybkości rozładowania pokazuje, że wzrost temperatury występuje głównie w początkowym i późnym stadium rozładowania.

Po czwarte, wpływ temperatury otoczenia na pojemność rozładowania Najlepsza temperatura pracy akumulatorów litowo-jonowych to 25-40 ℃. Z porównania Tabeli 2 i Tabeli 3 widać, że gdy temperatura jest niższa niż 5°C, oba typy akumulatorów szybko się rozładowują, a pojemność rozładowania jest znacznie zmniejszona.

Po eksperymencie z niską temperaturą, wysoka temperatura została przywrócona. W tej samej temperaturze pojemność rozładowania akumulatora LFP zmniejszyła się o 137.1 mAh, a akumulatora NMC o 47.8 mAh, ale wzrost temperatury i czas rozładowania nie uległy zmianie. Widać, że LFP ma dobrą stabilność termiczną i wykazuje słabą tolerancję tylko w niskich temperaturach, a pojemność baterii ma nieodwracalne tłumienie; natomiast baterie NMC są wrażliwe na zmiany temperatury.

Po piąte, wpływ liczby cykli na pojemność rozładowania Rysunek 4 jest schematycznym wykresem krzywej zaniku pojemności akumulatora litowo-jonowego, a pojemność rozładowania przy 0.8Q jest rejestrowana jako punkt awarii akumulatora. Wraz ze wzrostem liczby cykli ładowania i rozładowania pojemność rozładowania zaczyna spadać.

Akumulator 1600mAh LFP był ładowany i rozładowywany w temperaturze 0.5C i rozładowywany w temperaturze 0.5C dla eksperymentu cyklu ładowania-rozładowania. Łącznie wykonano 600 cykli, a jako kryterium uszkodzenia akumulatora przyjęto 80% pojemności akumulatora. Użyj 100 jako czasów interwału, aby przeanalizować procent błędu względnego pojemności rozładowania i tłumienia pojemności, jak pokazano na rysunku 5.

Akumulator 2000 mAh NMC był ładowany w temperaturze 1.0 C i rozładowywany w temperaturze 1.0 C w ramach eksperymentu cyklu ładowania-rozładowania, a 80% pojemności akumulatora przyjęto jako pojemność akumulatora pod koniec jego życia. Zrób pierwsze 700 razy i przeanalizuj pojemność rozładowania i względny procent błędu tłumienia pojemności z 100 jako przedziałem, jak pokazano na rysunku 6.

Pojemność akumulatora LFP i akumulatora NMC, gdy liczba cykli wynosi 0, jest pojemnością znamionową, ale zwykle rzeczywista pojemność jest mniejsza niż pojemność znamionowa, więc po pierwszych 100 cyklach pojemność rozładowania poważnie spada. Bateria LFP ma długi cykl życia, teoretyczna żywotność wynosi 1,000 razy; teoretyczna żywotność baterii NMC wynosi 300 razy. Po tej samej liczbie cykli pojemność baterii NMC spada szybciej; gdy liczba cykli wynosi 600, pojemność baterii NMC spada blisko progu awarii.

6. Wniosek

Poprzez eksperymenty z ładowaniem i rozładowywaniem akumulatorów litowo-jonowych, pięć parametrów materiału katody, szybkości rozładowania, wzrostu temperatury akumulatora, temperatury otoczenia i liczby cykli jest wykorzystywanych jako zmienne i analizowany jest związek między charakterystykami związanymi z pojemnością a różnymi czynnikami wpływającymi, a na zakończenie otrzymuje się:

(1) W zakresie temperatur znamionowych akumulatora odpowiednia wysoka temperatura sprzyja deinterkalacji i osadzeniu Li+. Zwłaszcza ze względu na pojemność rozładowania, im większa szybkość rozładowania, tym większa szybkość wytwarzania ciepła i bardziej oczywista reakcja elektrochemiczna wewnątrz akumulatora litowo-jonowego.

(2) Akumulator LFP wykazuje dobrą zdolność adaptacji do wysokiej temperatury i szybkości rozładowania podczas ładowania i rozładowania; ma słabą tolerancję na niską temperaturę, wydajność rozładowania poważnie spada i nie można jej odzyskać po podgrzaniu.

(3) Przy tej samej liczbie cykli ładowania i rozładowania akumulator LFP ma długą żywotność, a pojemność akumulatora NMC szybciej spada do 80% pojemności znamionowej. (4) W porównaniu z akumulatorem LFP pojemność rozładowania akumulatora NMC jest bardziej wrażliwa na temperaturę, a przy dużej szybkości rozładowania pojemność rozładowania nie jest monotoniczna, a wzrost temperatury znacznie się zmienia.