När antalet laddnings- och urladdningscykler ökar, kommer batterikapaciteten att fortsätta att avta. När kapaciteten minskar till 75 % till 80 % av den nominella kapaciteten anses litiumjonbatteriet vara i ett feltillstånd. Urladdningshastighet, batteritemperaturökning och omgivningstemperatur har en större inverkan på urladdningskapaciteten hos litiumjonbatterier.

Detta dokument antar laddnings- och urladdningskriterierna för konstant spänning och konstant strömladdning och konstant strömurladdning för batteriet. Urladdningshastigheten, batteriurladdningstemperaturökningen och omgivningstemperaturen används successivt som variabler och cykliska experiment utförs kvantitativt, och urladdningshastigheten och batteriets urladdningstemperatur analyseras under olika katodmaterial. Inverkan av temperatur, omgivningstemperatur och cykeltider på urladdningskapaciteten hos litiumjonbatterier.

1. Det grundläggande experimentella programmet för batteriet

De positiva och negativa materialen är olika och livslängden varierar mycket, vilket påverkar batteriets kapacitetsegenskaper. Litiumjärnfosfat (LFP) och nickel-kobolt-mangan ternära material (NMC) används ofta som katodmaterial för litiumjon-sekundära batterier med sina unika fördelar. Det kan ses från tabell 1 att den nominella kapaciteten, den nominella spänningen och urladdningshastigheten för NMC-batteriet är högre än för LFP-batteriet.

Ladda och ladda ur LFP- och NMC-litiumjonbatterier enligt vissa regler för konstant ström och konstant spänningsladdning och urladdningsregler för konstant ström, och registrera laddnings- och urladdningsgränsspänningen, urladdningshastigheten, batteriets temperaturökning, experimentella temperatur och batterikapacitetsförändringar under laddnings- och urladdningsprocessen Skick.

2. Urladdningshastighetens inverkan på urladdningskapaciteten. Fixa temperaturen och reglerna för laddning och urladdning, och ladda ur LFP-batteriet och NMC-batteriet med en konstant ström enligt olika urladdningshastigheter.

Justera temperaturen respektive: 35, 25, 10, 5, -5, -15°C. Det kan ses från figur 1 att vid samma temperatur, genom att öka urladdningshastigheten, visar den totala urladdningskapaciteten för LFP-batteriet en sjunkande trend. Under samma urladdningshastighet har förändringar i låg temperatur en större inverkan på urladdningskapaciteten hos LFP-batterier.

När temperaturen sjunker under 0 ℃ avtar urladdningskapaciteten kraftigt och kapaciteten är irreversibel. Det är värt att notera att LFP-batterier förvärrar dämpningen av urladdningskapaciteten under dubbel inverkan av låg temperatur och hög urladdningshastighet. Jämfört med LFP-batterier är NMC-batterier mer känsliga för temperatur, och deras urladdningskapacitet förändras avsevärt med omgivningstemperatur och urladdningshastighet.

Det kan ses från figur 2 att vid samma temperatur visar den totala urladdningskapaciteten för NMC-batteriet en trend av först sönderfall och sedan stigande. Under samma urladdningshastighet, ju lägre temperatur, desto lägre urladdningskapacitet.

Med ökningen av urladdningshastigheten fortsätter urladdningskapaciteten för litiumjonbatterier att minska. Anledningen är att på grund av den allvarliga polariseringen reduceras urladdningsspänningen till urladdningsavstängningsspänningen i förväg, det vill säga urladdningstiden förkortas, urladdningen är otillräcklig och den negativa elektroden Li+ faller inte av. Helt inbäddad. När batteriets urladdningshastighet är mellan 1.5 och 3.0 börjar urladdningskapaciteten visa tecken på återhämtning i varierande grad. När reaktionen fortsätter, kommer temperaturen på själva batteriet att öka avsevärt med ökningen av urladdningshastigheten, den termiska rörelsekapaciteten för Li+ förstärks och diffusionshastigheten accelereras, så att de-inbäddningshastigheten för Li+ accelereras och utsläppskapaciteten ökar. Man kan dra slutsatsen att den dubbla påverkan av den stora urladdningshastigheten och temperaturökningen av batteriet i sig orsakar batteriets icke-monotona fenomen.

3. Batteriets temperaturökning påverkar urladdningskapaciteten. NMC-batterier utsätts för 2.0, 2.5, 3.0, 3.5, 4.0, 4.5C urladdningsexperiment vid 30 ℃, och förhållandeskurvan mellan urladdningskapaciteten och temperaturökningen hos litiumjonbatteriet visas i figur 3. Visat.

Det kan ses av figur 3 att under samma urladdningskapacitet, ju högre urladdningshastigheten är, desto mer signifikant ändras temperaturökningen. Att analysera de tre perioderna av den konstanta strömurladdningsprocessen under samma urladdningshastighet visar att temperaturökningen huvudsakligen är i de inledande och sena stadierna av urladdningen.

För det fjärde, påverkan av omgivningstemperaturen på urladdningskapaciteten. Den bästa driftstemperaturen för litiumjonbatterier är 25-40 ℃. Från jämförelsen av tabell 2 och tabell 3 kan man se att när temperaturen är lägre än 5°C laddas de två typerna av batterier ur snabbt och urladdningskapaciteten reduceras avsevärt.

Efter lågtemperaturexperimentet återställdes den höga temperaturen. Vid samma temperatur minskade urladdningskapaciteten för LFP-batteriet med 137.1 mAh och NMC-batteriet minskade med 47.8 mAh, men temperaturökningen och urladdningstiden ändrades inte. Det kan ses att LFP har god termisk stabilitet och endast uppvisar dålig tolerans vid låga temperaturer, och batterikapaciteten har en irreversibel dämpning; medan NMC-batterier är känsliga för temperaturförändringar.

För det femte, påverkan av antalet cykler på urladdningskapaciteten. Figur 4 är ett schematiskt diagram av kapacitetsavklingningskurvan för ett litiumjonbatteri, och urladdningskapaciteten vid 0.8Q registreras som batterifelpunkten. När antalet laddnings- och urladdningscykler ökar, börjar urladdningskapaciteten att minska.

Ett 1600mAh LFP-batteri laddades och laddades ur vid 0.5C och laddades ur vid 0.5C för ett laddnings-urladdningscykelexperiment. Totalt 600 cykler utfördes och 80 % av batterikapaciteten användes som batterifelskriterium. Använd 100 som intervalltider för att analysera den relativa felprocenten för urladdningskapacitet och kapacitetsdämpning, som visas i figur 5.

Ett 2000mAh NMC-batteri laddades vid 1.0 C och urladdades vid 1.0 C för ett laddnings-urladdningscykelexperiment, och 80 % av batterikapaciteten togs som batterikapacitet vid slutet av dess livslängd. Ta de första 700 gångerna och analysera urladdningskapaciteten och den relativa felprocenten för kapacitetsdämpningen med 100 som intervall, som visas i figur 6.

Kapaciteten för LFP-batteri och NMC-batteri när antalet cykler är 0 är den nominella kapaciteten, men vanligtvis är den faktiska kapaciteten mindre än den nominella kapaciteten, så efter de första 100 cyklerna avtar urladdningskapaciteten allvarligt. LFP-batteriet har en lång livslängd, den teoretiska livslängden är 1,000 300 gånger; den teoretiska livslängden för NMC-batteriet är 600 gånger. Efter samma antal cykler avtar NMC-batteriets kapacitet snabbare; när antalet cykler är XNUMX, avtar NMC-batterikapaciteten nära feltröskeln.

6. Slutsats

Genom laddnings- och urladdningsexperiment på litiumjonbatterier används de fem parametrarna katodmaterial, urladdningshastighet, batteritemperaturstegring, omgivningstemperatur och cykeltal som variabler, och sambandet mellan kapacitetsrelaterade egenskaper och olika påverkande faktorer analyseras, och följande erhålls som avslutning:

(1) Inom batteriets nominella temperaturområde främjar en lämplig hög temperatur deinterkalering och inbäddning av Li+. Speciellt för urladdningskapaciteten, desto högre urladdningshastighet, desto högre värmealstringshastighet och desto mer uppenbar är den elektrokemiska reaktionen inuti litiumjonbatteriet.

(2) LFP-batteriet visar god anpassningsförmåga till hög temperatur och urladdningshastighet under laddning och urladdning; den har dålig tolerans mot låg temperatur, urladdningskapaciteten avtar kraftigt och kan inte återvinnas efter uppvärmning.

(3) Under samma antal laddnings- och urladdningscykler har LFP-batteriet en lång livslängd och NMC-batterikapaciteten minskar till 80 % av den nominella kapaciteten snabbare. (4) Jämfört med LFP-batteriet är urladdningskapaciteten hos NMC-batteriet mer känslig för temperatur, och vid en hög urladdningshastighet är urladdningskapaciteten inte monoton och temperaturökningen ändras avsevärt.