По мере увеличения количества циклов зарядки и разрядки емкость аккумулятора будет продолжать снижаться. Когда емкость снижается до 75–80% от номинальной емкости, литий-ионный аккумулятор считается находящимся в состоянии отказа. Скорость разряда, повышение температуры аккумулятора и температура окружающей среды в большей степени влияют на разрядную емкость литий-ионных аккумуляторов.

В этой статье приняты критерии зарядки и разрядки аккумулятора при постоянном напряжении и зарядке постоянным током и разрядке постоянным током. Скорость разряда, повышение температуры разряда батареи и температура окружающей среды последовательно используются в качестве переменных, и циклические эксперименты проводятся количественно, а скорость разряда и температура разряда батареи анализируются при различных материалах катода. Влияние температуры, температуры окружающей среды и продолжительности цикла на разрядную емкость литий-ионных аккумуляторов.

1. Основная экспериментальная программа АКБ

Материалы положительных и отрицательных элементов различаются, а срок службы аккумулятора сильно различается, что влияет на характеристики емкости аккумулятора. Литий-железо-фосфат (LFP) и тройные материалы никель-кобальт-марганец (NMC) широко используются в качестве катодных материалов для литий-ионных вторичных батарей с их уникальными преимуществами. Из таблицы 1 видно, что номинальная емкость, номинальное напряжение и скорость разряда батареи NMC выше, чем у батареи LFP.

Заряжайте и разряжайте литий-ионные батареи LFP и NMC в соответствии с определенными правилами зарядки и разрядки при постоянном токе и постоянном напряжении, а также записывайте напряжение отключения и разрядки, скорость разряда, повышение температуры аккумулятора, экспериментальную температуру и изменения емкости аккумулятора. во время процесса зарядки и разрядки Состояние.

2. Влияние скорости разряда на разрядную емкость. Установите температуру, правила зарядки и разрядки, а также разрядите аккумулятор LFP и аккумулятор NMC постоянным током в соответствии с различными скоростями разрядки.

Отрегулируйте температуру соответственно: 35, 25, 10, 5, -5, -15 ° C. Из рисунка 1 видно, что при той же температуре за счет увеличения скорости разряда общая разрядная емкость батареи LFP имеет тенденцию к снижению. При одинаковой скорости разряда изменения низкой температуры в большей степени влияют на разрядную емкость батарей LFP.

Когда температура опускается ниже 0 ℃, разрядная емкость сильно снижается, и емкость становится необратимой. Стоит отметить, что батареи LFP усугубляют ослабление разрядной емкости под двойным влиянием низкой температуры и большой скорости разряда. По сравнению с батареями LFP, батареи NMC более чувствительны к температуре, и их разрядная емкость значительно меняется в зависимости от температуры окружающей среды и скорости разряда.

Из рисунка 2 видно, что при той же температуре общая разрядная емкость батареи NMC имеет тенденцию сначала снижаться, а затем повышаться. При одинаковой скорости разряда, чем ниже температура, тем меньше разрядная емкость.

С увеличением скорости разряда разрядная емкость литий-ионных аккумуляторов продолжает снижаться. Причина в том, что из-за серьезной поляризации напряжение разряда заранее снижается до напряжения отсечки разряда, то есть время разряда сокращается, разряда недостаточно, и отрицательный электрод Li + не спадает. Встроен полностью. Когда скорость разряда батареи составляет от 1.5 до 3.0, разрядная емкость начинает проявлять признаки восстановления в разной степени. По мере продолжения реакции температура самой батареи будет значительно увеличиваться с увеличением скорости разряда, способность Li + к тепловому перемещению увеличивается, а скорость диффузии увеличивается, так что скорость извлечения Li + увеличивается и емкость разряда повышается. Можно сделать вывод, что двойное влияние большой скорости разряда и повышения температуры самой батареи вызывает немонотонное явление батареи.

3. Влияние повышения температуры аккумулятора на разрядную емкость. Батареи NMC соответственно подвергаются экспериментам по разрядке 2.0, 2.5, 3.0, 3.5, 4.0, 4.5 ° C при 30 ° C, и кривая зависимости между разрядной емкостью и повышением температуры литий-ионной батареи показана на рисунке 3. Показано.

Из рисунка 3 видно, что при одинаковой разрядной емкости, чем выше скорость разрядки, тем значительнее изменяется повышение температуры. Анализ трех периодов процесса разряда постоянным током при одинаковой скорости разряда показывает, что повышение температуры происходит в основном на начальной и поздней стадиях разряда.

В-четвертых, влияние температуры окружающей среды на разрядную емкость. Лучшая рабочая температура литий-ионных аккумуляторов составляет 25-40 ℃. Из сравнения Таблицы 2 и Таблицы 3 можно увидеть, что при температуре ниже 5 ° C два типа батарей быстро разряжаются, и разрядная емкость значительно снижается.

После низкотемпературного эксперимента высокая температура была восстановлена. При той же температуре разрядная емкость аккумулятора LFP уменьшилась на 137.1 мАч, а аккумулятора NMC – на 47.8 мАч, но время повышения температуры и разряда не изменилось. Видно, что LFP обладает хорошей термической стабильностью и плохо переносит низкие температуры, а емкость батареи имеет необратимое затухание; в то время как батареи NMC чувствительны к перепадам температуры.

В-пятых, влияние количества циклов на разрядную емкость. Фиг. 4 представляет собой схематическую диаграмму кривой уменьшения емкости литий-ионной батареи, а разрядная емкость при 0.8Q записывается как точка отказа аккумулятора. По мере увеличения количества циклов зарядки и разрядки разрядная емкость начинает снижаться.

Батарея LFP емкостью 1600 мАч заряжалась и разряжалась при 0.5 ° C и разряжалась при 0.5 ° C для эксперимента с циклом заряда-разряда. Всего было выполнено 600 циклов, при этом 80% емкости батареи использовалось в качестве критерия отказа батареи. Используйте 100 в качестве временного интервала для анализа относительного процента ошибок разрядной емкости и ослабления емкости, как показано на рисунке 5.

Батарея NMC емкостью 2000 мАч заряжалась при 1.0 ° C и разряжалась при 1.0 ° C для эксперимента с циклом заряда-разряда, и 80% емкости батареи было принято в качестве емкости батареи в конце ее срока службы. Возьмите первые 700 раз и проанализируйте разрядную емкость и относительный процент ошибок затухания емкости с интервалом 100, как показано на рисунке 6.

Емкость батареи LFP и батареи NMC, когда количество циклов равно 0, является номинальной емкостью, но обычно фактическая емкость меньше номинальной емкости, поэтому после первых 100 циклов емкость разряда серьезно снижается. Аккумулятор LFP имеет длительный срок службы, теоретический срок службы составляет 1,000 раз; теоретический срок службы батареи NMC составляет 300 раз. После того же количества циклов емкость аккумулятора ПСУ снижается быстрее; когда количество циклов равно 600, емкость аккумулятора ПСУ снижается почти до порога отказа.

6. Заключение

В ходе экспериментов по зарядке и разрядке литий-ионных аккумуляторов в качестве переменных используются пять параметров материала катода, скорость разряда, повышение температуры аккумулятора, температура окружающей среды и количество циклов, а также анализируется взаимосвязь между характеристиками, связанными с емкостью, и различными влияющими факторами. и в итоге получаем следующее:

(1) В пределах номинального диапазона температур батареи соответствующая высокая температура способствует деинтеркаляции и внедрению Li +. Что касается разрядной емкости, то чем больше скорость разряда, тем выше скорость тепловыделения и тем очевиднее электрохимическая реакция внутри литий-ионной батареи.

(2) Аккумулятор LFP демонстрирует хорошую адаптируемость к высоким температурам и скорости разряда во время зарядки и разрядки; он плохо переносит низкие температуры, его разрядная способность сильно снижается, и его нельзя восстановить после нагрева.

(3) При одинаковом количестве циклов зарядки и разрядки аккумулятор LFP имеет длительный срок службы, а емкость аккумулятора NMC снижается до 80% от номинальной емкости быстрее. (4) По сравнению с аккумулятором LFP разрядная емкость аккумулятора NMC более чувствительна к температуре, и при большой скорости разрядки разрядная емкость не является монотонной, а повышение температуры значительно изменяется.