So zvyšujúcim sa počtom cyklov nabíjania a vybíjania sa kapacita batérie bude naďalej znižovať. Keď kapacita klesne na 75 % až 80 % menovitej kapacity, lítium-iónová batéria sa považuje za poruchovú. Rýchlosť vybíjania, nárast teploty batérie a teplota okolia majú väčší vplyv na kapacitu vybíjania lítium-iónových batérií.

Tento dokument preberá kritériá nabíjania a vybíjania batérie konštantným napätím a konštantným prúdom a vybíjaním konštantným prúdom. Rýchlosť vybíjania, nárast teploty vybíjania batérie a teplota okolia sa postupne používajú ako premenné a cyklické experimenty sa uskutočňujú kvantitatívne a rýchlosť vybíjania a teplota vybíjania batérie sa analyzujú pod rôznymi materiálmi katódy. Vplyv teploty, okolitej teploty a cyklov na vybíjaciu kapacitu lítium-iónových batérií.

1. Základný experimentálny program batérie

Pozitívne a negatívne materiály sú rôzne a životnosť cyklu sa značne líši, čo ovplyvňuje kapacitné charakteristiky batérie. Fosforečnan lítno-železnatý (LFP) a nikel-kobalt-mangánové ternárne materiály (NMC) sú široko používané ako katódové materiály pre lítium-iónové sekundárne batérie s ich jedinečnými výhodami. Z tabuľky 1 je zrejmé, že menovitá kapacita, menovité napätie a rýchlosť vybíjania batérie NMC sú vyššie ako u batérie LFP.

Nabíjajte a vybíjajte lítium-iónové batérie LFP a NMC podľa určitých pravidiel nabíjania konštantným prúdom a konštantným napätím a vybíjania konštantným prúdom a zaznamenávajte vypínacie napätie nabíjania a vybíjania, rýchlosť vybíjania, nárast teploty batérie, experimentálnu teplotu a zmeny kapacity batérie počas procesu nabíjania a vybíjania Stav.

2. Vplyv rýchlosti vybíjania na kapacitu vybíjania Stanovte pravidlá teploty a nabíjania a vybíjania a vybíjajte batériu LFP a batériu NMC konštantným prúdom podľa rôznych rýchlostí vybíjania.

Nastavte teplotu postupne: 35, 25, 10, 5, -5, -15 °C. Z obrázku 1 je vidieť, že pri rovnakej teplote, zvýšením rýchlosti vybíjania, vykazuje celková vybíjacia kapacita LFP batérie klesajúci trend. Pri rovnakej rýchlosti vybíjania majú zmeny nízkej teploty väčší vplyv na vybíjaciu kapacitu batérií LFP.

Keď teplota klesne pod 0 ℃, kapacita vybíjania sa výrazne zníži a kapacita je nevratná. Stojí za zmienku, že batérie LFP zhoršujú útlm vybíjacej kapacity pod dvojitým vplyvom nízkej teploty a veľkej rýchlosti vybíjania. V porovnaní s batériami LFP sú batérie NMC citlivejšie na teplotu a ich vybíjacia kapacita sa výrazne mení s okolitou teplotou a rýchlosťou vybíjania.

Z obrázku 2 je možné vidieť, že pri rovnakej teplote vykazuje celková vybíjacia kapacita batérie NMC trend najskôr klesať a potom stúpať. Pri rovnakej rýchlosti vybíjania platí, že čím nižšia je teplota, tým nižšia je kapacita vybíjania.

So zvyšujúcou sa rýchlosťou vybíjania sa kapacita vybíjania lítium-iónových batérií naďalej znižuje. Dôvodom je, že v dôsledku vážnej polarizácie sa vybíjacie napätie vopred zníži na vypínacie napätie, to znamená, že sa skráti doba vybíjania, výboj je nedostatočný a záporná elektróda Li+ neodpadne. Úplne vložené. Keď je rýchlosť vybíjania batérie medzi 1.5 a 3.0, kapacita vybíjania začne v rôznej miere vykazovať známky obnovy. Ako reakcia pokračuje, teplota samotnej batérie sa výrazne zvýši so zvýšením rýchlosti vybíjania, posilní sa tepelná pohybová kapacita Li+ a zrýchli sa rýchlosť difúzie, takže rýchlosť odstraňovania vložiek Li+ sa zrýchli a kapacita výboja stúpa. Možno konštatovať, že dvojitý vplyv veľkej rýchlosti vybíjania a nárastu teploty samotnej batérie spôsobuje nemonotónny jav batérie.

3. Vplyv zvýšenia teploty batérie na kapacitu vybíjania. Batérie NMC sa podrobia experimentom s vybíjaním 2.0, 2.5, 3.0, 3.5, 4.0, 4.5 °C pri 30 °C a krivka vzťahu medzi kapacitou vybíjania a nárastom teploty lítium-iónovej batérie je znázornená na obrázku 3. Zobrazená.

Z obrázku 3 je možné vidieť, že pri rovnakej kapacite vybíjania, čím vyššia je rýchlosť vybíjania, tým výraznejšie sa mení nárast teploty. Analýza troch období procesu vybíjania konštantným prúdom pri rovnakej rýchlosti vybíjania ukazuje, že nárast teploty je hlavne v počiatočnom a neskorom štádiu vybíjania.

Po štvrté, vplyv okolitej teploty na kapacitu vybíjania Najlepšia prevádzková teplota lítium-iónových batérií je 25-40 ℃. Z porovnania tabuľky 2 a tabuľky 3 je vidieť, že keď je teplota nižšia ako 5°C, oba typy batérií sa rýchlo vybíjajú a kapacita vybíjania sa výrazne znižuje.

Po experimente s nízkou teplotou sa obnovila vysoká teplota. Pri rovnakej teplote sa vybíjacia kapacita batérie LFP znížila o 137.1 mAh a batérie NMC sa znížila o 47.8 mAh, ale nárast teploty a čas vybitia sa nezmenili. Je vidieť, že LFP má dobrú tepelnú stabilitu a vykazuje zlú toleranciu len pri nízkych teplotách a kapacita batérie má nezvratný útlm; kým batérie NMC sú citlivé na zmeny teploty.

Po piate, vplyv počtu cyklov na kapacitu vybíjania Obrázok 4 je schematický diagram krivky poklesu kapacity lítium-iónovej batérie a kapacita vybíjania pri 0.8Q sa zaznamenáva ako bod zlyhania batérie. Keď sa počet cyklov nabíjania a vybíjania zvyšuje, kapacita vybíjania začína klesať.

Batéria LFP s kapacitou 1600 mAh bola nabitá a vybitá pri 0.5 °C a vybitá pri 0.5 °C pre experiment s cyklom nabíjania a vybíjania. Celkovo sa vykonalo 600 cyklov a ako kritérium zlyhania batérie sa použilo 80 % kapacity batérie. Použite 100 ako časové intervaly na analýzu relatívnej chyby v percentách vybíjacej kapacity a útlmu kapacity, ako je znázornené na obrázku 5.

Batéria NMC s kapacitou 2000 1.0 mAh bola nabitá pri 1.0 C a vybitá pri 80 C pre experiment s cyklom nabíjania a vybitia a 700 % kapacity batérie sa považovalo za kapacitu batérie na konci jej životnosti. Vezmite prvých 100-krát a analyzujte kapacitu vybíjania a percento relatívnej chyby útlmu kapacity s intervalom 6, ako je znázornené na obrázku XNUMX.

Kapacita batérie LFP a batérie NMC, keď je počet cyklov 0, je menovitá kapacita, ale zvyčajne je skutočná kapacita nižšia ako menovitá kapacita, takže po prvých 100 cykloch sa kapacita vybíjania vážne znižuje. Batéria LFP má dlhú životnosť, teoretická životnosť je 1,000 300-krát; teoretická životnosť batérie NMC je 600-násobná. Po rovnakom počte cyklov sa kapacita batérie NMC znižuje rýchlejšie; keď je počet cyklov XNUMX, kapacita batérie NMC sa zníži blízko prahu zlyhania.

6. Záver

Prostredníctvom experimentov s nabíjaním a vybíjaním na lítium-iónových batériách sa ako premenné používa päť parametrov materiálu katódy, rýchlosť vybíjania, nárast teploty batérie, teplota okolia a počet cyklov a analyzuje sa vzťah medzi charakteristikami súvisiacimi s kapacitou a rôznymi ovplyvňujúcimi faktormi. a na záver sa získa toto:

(1) V rámci menovitého teplotného rozsahu batérie vhodná vysoká teplota podporuje deinterkaláciu a vloženie Li+. Najmä pre kapacitu vybíjania platí, že čím väčšia je rýchlosť vybíjania, tým väčšia je rýchlosť generovania tepla a tým zreteľnejšia je elektrochemická reakcia vo vnútri lítium-iónovej batérie.

(2) Batéria LFP vykazuje dobrú prispôsobivosť vysokej teplote a rýchlosti vybíjania počas nabíjania a vybíjania; zle znáša nízku teplotu, kapacita výboja sa výrazne znižuje a po zahriatí sa nedá obnoviť.

(3) Pri rovnakom počte cyklov nabíjania a vybíjania má batéria LFP dlhú životnosť a kapacita batérie NMC sa rýchlejšie znižuje na 80 % menovitej kapacity. (4) V porovnaní s batériou LFP je kapacita vybíjania batérie NMC citlivejšia na teplotu a pri veľkej rýchlosti vybíjania nie je kapacita vybíjania monotónna a nárast teploty sa výrazne mení.