Ko se število ciklov polnjenja in praznjenja poveča, bo zmogljivost baterije še naprej upadala. Ko zmogljivost pade na 75 % do 80 % nazivne zmogljivosti, se šteje, da je litij-ionska baterija v stanju okvare. Hitrost praznjenja, dvig temperature baterije in temperatura okolice imajo večji vpliv na zmogljivost praznjenja litij-ionskih baterij.

Ta dokument sprejema kriterije polnjenja in praznjenja baterije s konstantno napetostjo in stalnim tokom ter praznjenja s konstantnim tokom. Hitrost praznjenja, dvig temperature praznjenja baterije in temperatura okolja se zaporedno uporabljajo kot spremenljivke, ciklični poskusi pa se izvajajo kvantitativno, hitrost praznjenja in temperatura praznjenja baterije pa se analizirata pri različnih katodnih materialih. Vpliv temperature, temperature okolja in časov ciklov na kapaciteto praznjenja litij-ionskih baterij.

1. Osnovni eksperimentalni program baterije

Pozitivni in negativni materiali so različni, življenjska doba cikla pa se močno razlikuje, kar vpliva na zmogljivostne lastnosti baterije. Litij-železov fosfat (LFP) in nikelj-kobalt-mangan ternarni materiali (NMC) se s svojimi edinstvenimi prednostmi pogosto uporabljajo kot katodni materiali za litij-ionske sekundarne baterije. Iz tabele 1 je razvidno, da so nazivna zmogljivost, nazivna napetost in hitrost praznjenja baterije NMC višje kot pri LFP bateriji.

Polnite in praznite litij-ionske baterije LFP in NMC v skladu z določenimi pravili za polnjenje s konstantnim tokom in konstantno napetostjo ter praznjenje s konstantnim tokom ter zabeležite izklopno napetost polnjenja in praznjenja, hitrost praznjenja, dvig temperature baterije, eksperimentalno temperaturo in spremembe zmogljivosti baterije med postopkom polnjenja in praznjenja Stanje.

2. Vpliv hitrosti praznjenja na kapaciteto praznjenja Določite temperaturo ter pravila polnjenja in praznjenja ter izpraznite baterijo LFP in NMC baterijo pri konstantnem toku glede na različne stopnje praznjenja.

Prilagodite temperaturo: 35, 25, 10, 5, -5, -15°C. Iz slike 1 je razvidno, da pri isti temperaturi s povečanjem hitrosti praznjenja skupna zmogljivost praznjenja LFP baterije kaže trend padanja. Pri enaki stopnji praznjenja imajo spremembe pri nizki temperaturi večji vpliv na kapaciteto praznjenja LFP baterij.

Ko temperatura pade pod 0 ℃, se zmogljivost praznjenja močno zmanjša in zmogljivost je nepovratna. Omeniti velja, da LFP baterije poslabšajo slabljenje zmogljivosti praznjenja pod dvojnim vplivom nizke temperature in velike hitrosti praznjenja. V primerjavi z baterijami LFP so baterije NMC bolj občutljive na temperaturo in njihova zmogljivost praznjenja se znatno spreminja s temperaturo okolja in hitrostjo praznjenja.

Iz slike 2 je razvidno, da pri isti temperaturi skupna zmogljivost praznjenja NMC baterije kaže trend najprej razpadanja in nato naraščanja. Pri enaki hitrosti praznjenja, nižja je temperatura, manjša je zmogljivost praznjenja.

S povečanjem stopnje praznjenja se zmogljivost praznjenja litij-ionskih baterij še naprej zmanjšuje. Razlog je v tem, da se zaradi resne polarizacije napetost praznjenja vnaprej zniža na napetost izklopa praznjenja, se pravi, skrajša se čas praznjenja, razelektritev je nezadostna, negativna elektroda Li+ pa ne odpade. Vgrajeno v celoti. Ko je stopnja praznjenja baterije med 1.5 in 3.0, začne zmogljivost praznjenja v različnih stopnjah kazati znake okrevanja. Ko se reakcija nadaljuje, se bo temperatura same baterije znatno povečala s povečanjem hitrosti praznjenja, zmogljivost toplotnega gibanja Li+ se okrepi in hitrost difuzije se pospeši, tako da se pospeši hitrost vgradnje Li+ in zmogljivost praznjenja se poveča. Sklepamo lahko, da dvojni vpliv velike hitrosti praznjenja in dviga temperature same baterije povzročata nemonotonski pojav baterije.

3. Vpliv dviga temperature baterije na kapaciteto praznjenja. NMC baterije so izpostavljene poskusom praznjenja 2.0, 2.5, 3.0, 3.5, 4.0, 4.5C pri 30℃, krivulja razmerja med zmogljivostjo praznjenja in dvigom temperature litij-ionske baterije pa je prikazana na sliki 3. Prikazana.

Iz slike 3 je razvidno, da pri enaki zmogljivosti praznjenja, višja kot je hitrost praznjenja, pomembnejša je sprememba temperature. Analiza treh obdobij procesa praznjenja s konstantnim tokom pri enaki hitrosti praznjenja pokaže, da je dvig temperature predvsem v začetni in pozni fazi praznjenja.

Četrtič, vpliv temperature okolja na zmogljivost praznjenja Najboljša delovna temperatura litij-ionskih baterij je 25-40 ℃. Iz primerjave tabele 2 in tabele 3 je razvidno, da se pri temperaturi nižji od 5°C obe vrsti baterij hitro izpraznita in zmogljivost praznjenja se znatno zmanjša.

Po nizkotemperaturnem poskusu je bila visoka temperatura obnovljena. Pri enaki temperaturi se je zmogljivost praznjenja baterije LFP zmanjšala za 137.1 mAh, baterije NMC pa za 47.8 mAh, vendar se dvig temperature in čas praznjenja nista spremenila. Vidi se, da ima LFP dobro toplotno stabilnost in slabo prenaša le nizke temperature, zmogljivost baterije pa ima nepovratno slabljenje; medtem ko so NMC baterije občutljive na temperaturne spremembe.

Petič, vpliv števila ciklov na zmogljivost praznjenja Slika 4 je shematski diagram krivulje upadanja zmogljivosti litij-ionske baterije, zmogljivost praznjenja pri 0.8Q pa je zabeležena kot točka okvare baterije. Ko se število ciklov polnjenja in praznjenja poveča, začne zmogljivost praznjenja upadati.

1600 mAh LFP baterija je bila napolnjena in izpraznjena pri 0.5 C in izpraznjena pri 0.5 C za poskus cikla polnjenja-praznjenja. Skupno je bilo izvedenih 600 ciklov, pri čemer je bilo 80 % kapacitete baterije uporabljeno kot merilo okvare baterije. Uporabite 100 kot intervalne čase za analizo relativnega odstotka napake zmogljivosti praznjenja in slabljenja zmogljivosti, kot je prikazano na sliki 5.

2000 mAh NMC baterija je bila napolnjena pri 1.0 C in izpraznjena pri 1.0 C za poskus cikla polnjenja in praznjenja, 80 % zmogljivosti baterije pa je bilo vzeto kot zmogljivost baterije ob koncu njene življenjske dobe. Vzemite prvih 700-krat in analizirajte kapaciteto praznjenja in relativni odstotek napake slabljenja zmogljivosti s 100 kot intervalom, kot je prikazano na sliki 6.

Zmogljivost baterije LFP in baterije NMC, ko je število ciklov 0, je nazivna zmogljivost, vendar je običajno dejanska zmogljivost manjša od nazivne zmogljivosti, zato se po prvih 100 ciklih zmogljivost praznjenja resno zmanjša. Baterija LFP ima dolgo življenjsko dobo, teoretična življenjska doba je 1,000-krat; teoretična življenjska doba NMC baterije je 300-kratna. Po enakem številu ciklov se zmogljivost baterije NMC zmanjša hitreje; ko je število ciklov 600, se zmogljivost baterije NMC zmanjša blizu praga okvare.

6. Zaključek

S poskusi polnjenja in praznjenja na litij-ionskih baterijah se pet parametrov materiala katode, hitrost praznjenja, dvig temperature baterije, temperatura okolja in število ciklov uporabijo kot spremenljivke, analizira pa se razmerje med značilnostmi, povezanimi z zmogljivostjo, in različnimi vplivnimi dejavniki, in v zaključku dobimo naslednje:

(1) Znotraj nazivnega temperaturnega območja baterije primerna visoka temperatura spodbuja deinterkalacijo in vgradnjo Li+. Zlasti za zmogljivost praznjenja, večja kot je hitrost praznjenja, večja je stopnja proizvodnje toplote in bolj očitna je elektrokemična reakcija znotraj litij-ionske baterije.

(2) LFP baterija kaže dobro prilagodljivost na visoke temperature in hitrost praznjenja med polnjenjem in praznjenjem; slabo prenaša nizke temperature, zmogljivost praznjenja močno upada in je ni mogoče obnoviti po segrevanju.

(3) Pri enakem številu ciklov polnjenja in praznjenja ima baterija LFP dolgo življenjsko dobo, zmogljivost baterije NMC pa se hitreje zmanjša na 80 % nazivne zmogljivosti. (4) V primerjavi z baterijo LFP je zmogljivost praznjenja NMC baterije bolj občutljiva na temperaturo, pri veliki hitrosti praznjenja pa zmogljivost praznjenja ni monotona in dvig temperature se znatno spremeni.