เมื่อจำนวนรอบการชาร์จและการคายประจุเพิ่มขึ้น ความจุของแบตเตอรี่จะลดลงอย่างต่อเนื่อง เมื่อความจุลดลงเหลือ 75% ถึง 80% ของความจุที่กำหนด แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนจะถือว่าอยู่ในสถานะล้มเหลว อัตราการคายประจุ อุณหภูมิของแบตเตอรี่ที่เพิ่มขึ้น และอุณหภูมิแวดล้อมมีผลกระทบต่อความสามารถในการคายประจุของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนมากขึ้น

บทความนี้ใช้เกณฑ์การชาร์จและการคายประจุของแรงดันคงที่และการชาร์จกระแสไฟคงที่และการคายประจุกระแสไฟคงที่สำหรับแบตเตอรี่ อัตราการคายประจุ อุณหภูมิการคายประจุของแบตเตอรี่ที่เพิ่มขึ้น และอุณหภูมิแวดล้อมถูกใช้อย่างต่อเนื่องเป็นตัวแปร และดำเนินการทดลองแบบวนซ้ำในเชิงปริมาณ และวิเคราะห์อัตราการคายประจุและอุณหภูมิการคายประจุของแบตเตอรี่ภายใต้วัสดุแคโทดที่แตกต่างกัน อิทธิพลของอุณหภูมิ อุณหภูมิแวดล้อม และรอบเวลาต่อความสามารถในการคายประจุของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน

1. โปรแกรมทดลองพื้นฐานของแบตเตอรี่

วัสดุที่เป็นบวกและลบนั้นแตกต่างกัน และอายุการใช้งานของวงจรจะแตกต่างกันอย่างมาก ซึ่งส่งผลต่อลักษณะความจุของแบตเตอรี่ ลิเธียมไอรอนฟอสเฟต (LFP) และนิเกิล-โคบอลต์-แมงกานีส ternary วัสดุ (NMC) ถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายเป็นวัสดุแคโทดสำหรับแบตเตอรี่ทุติยภูมิลิเธียมไอออนที่มีข้อดีเฉพาะตัว จากตารางที่ 1 จะเห็นได้ว่าความจุที่กำหนด แรงดันไฟฟ้าปกติ และอัตราการคายประจุของแบตเตอรี่ NMC นั้นสูงกว่าแบตเตอรี่ LFP

ชาร์จและคายประจุแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน LFP และ NMC ตามกระแสคงที่และกระแสคงที่ กฎการชาร์จและกระแสคงที่คงที่ และบันทึกแรงดันไฟฟ้าตัดการชาร์จและคายประจุ อัตราการคายประจุ อุณหภูมิของแบตเตอรี่เพิ่มขึ้น อุณหภูมิในการทดลอง และการเปลี่ยนแปลงความจุของแบตเตอรี่ ในระหว่างกระบวนการชาร์จและปล่อย เงื่อนไข.

2. อิทธิพลของอัตราการคายประจุต่อความสามารถในการคายประจุ แก้ไขกฎอุณหภูมิและการชาร์จและการคายประจุ และปล่อยแบตเตอรี่ LFP และแบตเตอรี่ NMC ที่กระแสคงที่ตามอัตราการคายประจุที่ต่างกัน

ปรับอุณหภูมิตามลำดับ: 35, 25, 10, 5, -5, -15°C จากรูปที่ 1 จะเห็นได้ว่าที่อุณหภูมิเดียวกัน โดยการเพิ่มอัตราการคายประจุ ความสามารถในการคายประจุโดยรวมของแบตเตอรี่ LFP มีแนวโน้มลดลง ภายใต้อัตราการคายประจุที่เท่ากัน การเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิต่ำมีผลกระทบต่อความสามารถในการคายประจุของแบตเตอรี่ LFP มากขึ้น

เมื่ออุณหภูมิลดลงต่ำกว่า 0 ℃ ความสามารถในการคายประจุจะลดลงอย่างมาก และความจุจะไม่สามารถย้อนกลับได้ เป็นที่น่าสังเกตว่าแบตเตอรี่ LFP ซ้ำเติมการลดทอนของความจุการปลดปล่อยภายใต้อิทธิพลของอุณหภูมิต่ำและอัตราการปลดปล่อยขนาดใหญ่ เมื่อเทียบกับแบตเตอรี่ LFP แบตเตอรี่ NMC มีความไวต่ออุณหภูมิมากกว่า และความสามารถในการคายประจุจะเปลี่ยนแปลงอย่างมากตามอุณหภูมิแวดล้อมและอัตราการคายประจุ

จะเห็นได้จากรูปที่ 2 ว่าที่อุณหภูมิเท่ากัน ความสามารถในการคายประจุโดยรวมของแบตเตอรี่ NMC แสดงให้เห็นแนวโน้มของการเสื่อมครั้งแรกแล้วจึงเพิ่มขึ้น ภายใต้อัตราการคายประจุที่เท่ากัน ยิ่งอุณหภูมิต่ำเท่าใด ความสามารถในการคายประจุก็จะยิ่งต่ำลง

ด้วยอัตราการคายประจุที่เพิ่มขึ้น ความสามารถในการคายประจุของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนยังคงลดลงอย่างต่อเนื่อง เหตุผลก็คือเนื่องจากการโพลาไรซ์ที่รุนแรง แรงดันการคายประจุจะลดลงเป็นแรงดันตัดการจ่ายล่วงหน้า นั่นคือ เวลาการคายประจุสั้นลง การคายประจุไม่เพียงพอ และขั้วลบ Li+ จะไม่หลุดออก ฝังอย่างสมบูรณ์ เมื่ออัตราการคายประจุแบตเตอรี่อยู่ระหว่าง 1.5 ถึง 3.0 ความสามารถในการคายประจุจะเริ่มแสดงสัญญาณการฟื้นตัวในระดับต่างๆ ในขณะที่ปฏิกิริยายังคงดำเนินต่อไป อุณหภูมิของแบตเตอรี่จะเพิ่มขึ้นอย่างมากตามอัตราการคายประจุที่เพิ่มขึ้น ความสามารถในการเคลื่อนที่ด้วยความร้อนของ Li+ จะเพิ่มขึ้น และความเร็วในการแพร่จะเพิ่มขึ้น ดังนั้นความเร็วในการถอด Li+ จะถูกเร่งและ กำลังการผลิตเพิ่มขึ้น สรุปได้ว่าอิทธิพลคู่ของอัตราการคายประจุขนาดใหญ่และอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นของแบตเตอรี่เองทำให้เกิดปรากฏการณ์ที่ไม่ซ้ำซากจำเจของแบตเตอรี่

3. อิทธิพลของอุณหภูมิแบตเตอรี่ที่เพิ่มขึ้นต่อความสามารถในการคายประจุ แบตเตอรี่ NMC อยู่ภายใต้การทดลองการคายประจุ 2.0, 2.5, 3.0, 3.5, 4.0, 4.5C ตามลำดับที่ 30 ℃ และกราฟความสัมพันธ์ระหว่างความสามารถในการคายประจุและอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนจะแสดงในรูปที่ 3

จากรูปที่ 3 จะเห็นได้ว่าภายใต้ความสามารถในการคายประจุที่เท่ากัน ยิ่งอัตราการคายประจุยิ่งสูง อุณหภูมิที่เพิ่มสูงขึ้นอย่างมีนัยสำคัญยิ่งเปลี่ยนแปลง การวิเคราะห์สามช่วงเวลาของกระบวนการคายประจุกระแสคงที่ภายใต้อัตราการคายประจุเดียวกันแสดงให้เห็นว่าอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นส่วนใหญ่อยู่ในระยะเริ่มต้นและช่วงปลายของการคายประจุ

ประการที่สี่ อิทธิพลของอุณหภูมิแวดล้อมต่อความจุการปลดปล่อย อุณหภูมิการทำงานที่ดีที่สุดของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนคือ 25-40 ℃ จากการเปรียบเทียบระหว่างตารางที่ 2 และตารางที่ 3 จะเห็นได้ว่าเมื่ออุณหภูมิต่ำกว่า 5°C แบตเตอรี่ทั้งสองประเภทจะคายประจุอย่างรวดเร็วและความสามารถในการคายประจุจะลดลงอย่างมาก

หลังจากการทดลองที่อุณหภูมิต่ำ อุณหภูมิสูงก็กลับคืนมา ที่อุณหภูมิเดียวกัน ความจุการคายประจุของแบตเตอรี่ LFP ลดลง 137.1mAh และแบตเตอรี่ NMC ลดลง 47.8mAh แต่อุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นและเวลาในการคายประจุไม่เปลี่ยนแปลง จะเห็นได้ว่า LFP มีความเสถียรทางความร้อนที่ดีและแสดงความทนทานต่ำที่อุณหภูมิต่ำเท่านั้น และความจุของแบตเตอรี่มีการลดทอนที่ไม่สามารถย้อนกลับได้ ในขณะที่แบตเตอรี่ NMC มีความไวต่อการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิ

ประการที่ห้า อิทธิพลของจำนวนรอบที่มีต่อความสามารถในการคายประจุ รูปที่ 4 เป็นแผนผังของเส้นโค้งการสลายตัวของความจุของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน และความจุการคายประจุที่ 0.8Q จะถูกบันทึกเป็นจุดขัดข้องของแบตเตอรี่ เมื่อจำนวนรอบการชาร์จและการคายประจุเพิ่มขึ้น ความสามารถในการคายประจุจะเริ่มลดลง

แบตเตอรี่ LFP ขนาด 1600mAh ถูกชาร์จและคายประจุที่ 0.5C และคายประจุที่ 0.5C สำหรับการทดลองวงจรการคายประจุ มีการดำเนินการทั้งหมด 600 รอบ และใช้ความจุของแบตเตอรี่ 80% เป็นเกณฑ์ความล้มเหลวของแบตเตอรี่ ใช้ 100 เป็นช่วงเวลาเพื่อวิเคราะห์เปอร์เซ็นต์ข้อผิดพลาดสัมพัทธ์ของความสามารถในการคายประจุและการลดทอนความจุ ดังแสดงในรูปที่ 5

แบตเตอรี่ NMC ขนาด 2000mAh ถูกชาร์จที่ 1.0C และคายประจุที่ 1.0C สำหรับการทดสอบวงจรการคายประจุ และ 80% ของความจุของแบตเตอรี่ถูกนำมาใช้เป็นความจุของแบตเตอรี่เมื่อสิ้นสุดอายุการใช้งาน ใช้เวลา 700 ครั้งแรกและวิเคราะห์ความสามารถในการคายประจุและเปอร์เซ็นต์ข้อผิดพลาดสัมพัทธ์ของการลดทอนความจุด้วย 100 เป็นช่วงเวลาดังแสดงในรูปที่ 6

ความจุของแบตเตอรี่ LFP และแบตเตอรี่ NMC เมื่อจำนวนรอบเป็น 0 คือความจุที่กำหนด แต่โดยปกติแล้วความจุจริงจะน้อยกว่าความจุที่กำหนด ดังนั้นหลังจาก 100 รอบแรก ความสามารถในการคายประจุจะลดลงอย่างมาก แบตเตอรี่ LFP มีอายุการใช้งานยาวนาน อายุการใช้งานตามทฤษฎีคือ 1,000 ครั้ง อายุการใช้งานตามทฤษฎีของแบตเตอรี่ NMC คือ 300 เท่า หลังจากจำนวนรอบเท่ากัน ความจุของแบตเตอรี่ NMC จะลดลงเร็วขึ้น เมื่อจำนวนรอบคือ 600 ความจุของแบตเตอรี่ NMC จะลดลงใกล้กับเกณฑ์ความล้มเหลว

6 ข้อสรุป

ผ่านการทดลองการชาร์จและการคายประจุของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน พารามิเตอร์ทั้งห้าของวัสดุแคโทด อัตราการคายประจุ อุณหภูมิของแบตเตอรี่ที่เพิ่มขึ้น อุณหภูมิแวดล้อม และหมายเลขรอบจะถูกนำมาใช้เป็นตัวแปร และวิเคราะห์ความสัมพันธ์ระหว่างคุณลักษณะที่เกี่ยวข้องกับความจุและปัจจัยที่มีอิทธิพลที่แตกต่างกัน และสรุปได้ดังนี้

(1) ภายในช่วงอุณหภูมิที่กำหนดของแบตเตอรี่ อุณหภูมิสูงที่เหมาะสมจะส่งเสริมการขจัดและการฝัง Li+ โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับความสามารถในการคายประจุ ยิ่งอัตราการคายประจุมากขึ้น อัตราการสร้างความร้อนก็จะยิ่งมากขึ้น และปฏิกิริยาเคมีไฟฟ้าภายในแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนก็จะยิ่งชัดเจนขึ้น

(2) แบตเตอรี่ LFP แสดงความสามารถในการปรับตัวที่ดีกับอุณหภูมิสูงและอัตราการคายประจุระหว่างการชาร์จและการคายประจุ มีความทนทานต่ออุณหภูมิต่ำต่ำ ความสามารถในการคายประจุลดลงอย่างรุนแรง และไม่สามารถกู้คืนได้หลังจากให้ความร้อน

(3) ภายใต้จำนวนรอบการชาร์จและการคายประจุที่เท่ากัน แบตเตอรี่ LFP มีอายุการใช้งานยาวนาน และความจุของแบตเตอรี่ NMC จะลดลงเหลือ 80% ของความจุที่กำหนดได้เร็วกว่า (4) เมื่อเทียบกับแบตเตอรี่ LFP ความจุในการคายประจุของแบตเตอรี่ NMC จะไวต่ออุณหภูมิมากกว่า และที่อัตราการคายประจุที่มาก ความสามารถในการคายประจุจะไม่เป็นแบบโมโนโทนิกและอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นจะเปลี่ยนแปลงอย่างมีนัยสำคัญ