Conforme o número de ciclos de carga e descarga aumenta, a capacidade da bateria continua a diminuir. Quando a capacidade diminui para 75% a 80% da capacidade nominal, a bateria de íons de lítio é considerada em estado de falha. A taxa de descarga, o aumento da temperatura da bateria e a temperatura ambiente têm um impacto maior na capacidade de descarga das baterias de íon de lítio.

Este artigo adota os critérios de carga e descarga de tensão constante e carga de corrente constante e descarga de corrente constante para a bateria. A taxa de descarga, o aumento da temperatura de descarga da bateria e a temperatura ambiente são usados ​​sucessivamente como variáveis ​​e experimentos cíclicos são realizados quantitativamente, e a taxa de descarga e a temperatura de descarga da bateria são analisadas sob diferentes materiais catódicos. A influência da temperatura, temperatura ambiente e tempos de ciclo na capacidade de descarga das baterias de íon-lítio.

1. O programa experimental básico da bateria

Os materiais positivos e negativos são diferentes e o ciclo de vida varia muito, o que afeta as características de capacidade da bateria. Fosfato de ferro e lítio (LFP) e materiais ternários de níquel-cobalto-manganês (NMC) são amplamente usados ​​como materiais catódicos para baterias secundárias de íon-lítio com suas vantagens exclusivas. Pode-se ver na Tabela 1 que a capacidade nominal, a tensão nominal e a taxa de descarga da bateria NMC são maiores do que as da bateria LFP.

Carregue e descarregue as baterias de íon de lítio LFP e NMC de acordo com certas regras de carga e descarga de corrente constante e corrente constante e registre a tensão de corte de carga e descarga, taxa de descarga, aumento de temperatura da bateria, temperatura experimental e mudanças de capacidade da bateria durante o processo de carga e descarga Condição.

2. A influência da taxa de descarga na capacidade de descarga Fixe a temperatura e as regras de carga e descarga e descarregue a bateria LFP e a bateria NMC em uma corrente constante de acordo com as diferentes taxas de descarga.

Ajuste a temperatura respectivamente: 35, 25, 10, 5, -5, -15 ° C. Pode-se observar na Figura 1 que na mesma temperatura, ao aumentar a taxa de descarga, a capacidade geral de descarga da bateria LFP mostra uma tendência de declínio. Sob a mesma taxa de descarga, as mudanças na temperatura baixa têm um impacto maior na capacidade de descarga das baterias LFP.

Quando a temperatura cai abaixo de 0 ℃, a capacidade de descarga diminui severamente e a capacidade é irreversível. É importante notar que as baterias LFP agravam a atenuação da capacidade de descarga sob a influência dupla de baixa temperatura e grande taxa de descarga. Em comparação com as baterias LFP, as baterias NMC são mais sensíveis à temperatura e sua capacidade de descarga muda significativamente com a temperatura ambiente e a taxa de descarga.

Pode-se ver na Figura 2 que, na mesma temperatura, a capacidade geral de descarga da bateria NMC mostra uma tendência de primeiro declínio e depois aumento. Sob a mesma taxa de descarga, quanto menor a temperatura, menor a capacidade de descarga.

Com o aumento da taxa de descarga, a capacidade de descarga das baterias de íon-lítio continua diminuindo. A razão é que devido à polarização grave, a tensão de descarga é reduzida antecipadamente para a tensão de corte de descarga, ou seja, o tempo de descarga é encurtado, a descarga é insuficiente e o eletrodo negativo Li + não cai. Integrado completamente. Quando a taxa de descarga da bateria está entre 1.5 e 3.0, a capacidade de descarga começa a mostrar sinais de recuperação em vários graus. Conforme a reação continua, a temperatura da própria bateria aumentará significativamente com o aumento da taxa de descarga, a capacidade de movimento térmico de Li + é reforçada e a velocidade de difusão é acelerada, de modo que a velocidade de desencaixe de Li + é acelerada e a capacidade de descarga aumenta. Pode-se concluir que a dupla influência da grande taxa de descarga e do aumento da temperatura da própria bateria causa o fenômeno não monotônico da bateria.

3. A influência do aumento da temperatura da bateria na capacidade de descarga. As baterias NMC são respectivamente submetidas a experimentos de descarga 2.0, 2.5, 3.0, 3.5, 4.0, 4.5C a 30 ℃, e a curva de relação entre a capacidade de descarga e o aumento da temperatura da bateria de íon-lítio é mostrada na Figura 3. Mostrado.

Pode-se ver na Figura 3 que sob a mesma capacidade de descarga, quanto maior a taxa de descarga, mais significativas são as mudanças de aumento de temperatura. A análise dos três períodos do processo de descarga de corrente constante sob a mesma taxa de descarga mostra que o aumento da temperatura ocorre principalmente nos estágios inicial e final da descarga.

Quarto, a influência da temperatura ambiente na capacidade de descarga. A melhor temperatura de operação das baterias de íon-lítio é 25-40 ℃. A partir da comparação da Tabela 2 com a Tabela 3, pode-se observar que quando a temperatura é inferior a 5 ° C, os dois tipos de baterias se descarregam rapidamente e a capacidade de descarga é significativamente reduzida.

Após o experimento de baixa temperatura, a alta temperatura foi restaurada. Na mesma temperatura, a capacidade de descarga da bateria LFP diminuiu em 137.1 mAh, e a bateria NMC diminuiu em 47.8 mAh, mas o aumento da temperatura e o tempo de descarga não mudaram. Percebe-se que o LFP possui boa estabilidade térmica e só exibe baixa tolerância em baixas temperaturas, e a capacidade da bateria possui uma atenuação irreversível; enquanto as baterias NMC são sensíveis às mudanças de temperatura.

Quinto, a influência do número de ciclos na capacidade de descarga A Figura 4 é um diagrama esquemático da curva de decaimento da capacidade de uma bateria de íon-lítio, e a capacidade de descarga em 0.8Q é registrada como o ponto de falha da bateria. À medida que o número de ciclos de carga e descarga aumenta, a capacidade de descarga começa a diminuir.

Uma bateria LFP de 1600mAh foi carregada e descarregada a 0.5C e descarregada a 0.5C para um experimento de ciclo de carga-descarga. Um total de 600 ciclos foram realizados, e 80% da capacidade da bateria foi usada como critério de falha da bateria. Use 100 como os tempos de intervalo para analisar a porcentagem de erro relativo da capacidade de descarga e atenuação da capacidade, conforme mostrado na Figura 5.

Uma bateria NMC de 2000mAh foi carregada a 1.0C e descarregada a 1.0C para um experimento de ciclo de carga-descarga, e 80% da capacidade da bateria foi considerada como a capacidade da bateria no final de sua vida útil. Pegue as primeiras 700 vezes e analise a capacidade de descarga e a porcentagem de erro relativo da atenuação da capacidade com 100 como o intervalo, conforme mostrado na Figura 6.

A capacidade da bateria LFP e da bateria NMC quando o número de ciclos é 0 é a capacidade nominal, mas geralmente a capacidade real é menor do que a capacidade nominal, portanto, após os primeiros 100 ciclos, a capacidade de descarga diminui seriamente. A bateria LFP tem um ciclo de vida longo, a vida teórica é de 1,000 vezes; a vida teórica da bateria NMC é 300 vezes. Após o mesmo número de ciclos, a capacidade da bateria do NMC diminui mais rápido; quando o número de ciclos é 600, a capacidade da bateria NMC diminui para perto do limite de falha.

6. Conclusão

Por meio de experimentos de carga e descarga em baterias de íon-lítio, os cinco parâmetros de material catódico, taxa de descarga, aumento de temperatura da bateria, temperatura ambiente e número de ciclo são usados ​​como variáveis, e a relação entre as características relacionadas à capacidade e diferentes fatores de influência é analisada, e os seguintes são obtidos em conclusão:

(1) Dentro da faixa de temperatura nominal da bateria, uma alta temperatura apropriada promove a desintercalação e incrustação de Li +. Especialmente para a capacidade de descarga, quanto maior a taxa de descarga, maior a taxa de geração de calor e mais óbvia a reação eletroquímica dentro da bateria de íons de lítio.

(2) A bateria LFP mostra boa adaptabilidade a altas temperaturas e taxa de descarga durante a carga e descarga; tem baixa tolerância a baixas temperaturas, a capacidade de descarga decai severamente e não pode ser recuperada após o aquecimento.

(3) Com o mesmo número de ciclos de carga e descarga, a bateria LFP tem um ciclo de vida longo e a capacidade da bateria NMC diminui para 80% da capacidade nominal mais rapidamente. (4) Em comparação com a bateria LFP, a capacidade de descarga da bateria NMC é mais sensível à temperatura e, em uma grande taxa de descarga, a capacidade de descarga não é monotônica e o aumento da temperatura muda significativamente.