Şarj ve deşarj döngülerinin sayısı arttıkça pil kapasitesi azalmaya devam edecektir. Kapasite, nominal kapasitenin %75 ila %80’ine düştüğünde, lityum iyon pilin arıza durumunda olduğu kabul edilir. Deşarj hızı, pil sıcaklığı artışı ve ortam sıcaklığı, lityum iyon pillerin deşarj kapasitesi üzerinde daha büyük bir etkiye sahiptir.

Bu belge, pil için sabit voltaj ve sabit akım şarjı ve sabit akım deşarjının şarj ve deşarj kriterlerini benimser. Deşarj hızı, akü deşarj sıcaklığı artışı ve ortam sıcaklığı değişkenler olarak art arda kullanılır ve kantitatif olarak döngüsel deneyler yapılır ve deşarj hızı ve akü deşarj sıcaklığı farklı katot malzemeleri altında analiz edilir. Sıcaklık, ortam sıcaklığı ve çevrim sürelerinin lityum iyon pillerin deşarj kapasitesi üzerindeki etkisi.

1. Pilin temel deneysel programı

Pozitif ve negatif malzemeler farklıdır ve çevrim ömrü büyük ölçüde değişir, bu da pilin kapasite özelliklerini etkiler. Lityum demir fosfat (LFP) ve nikel-kobalt-manganez üçlü malzemeler (NMC), benzersiz avantajları ile lityum iyon ikincil piller için katot malzemeleri olarak yaygın olarak kullanılmaktadır. Tablo 1’den NMC pilinin nominal kapasitesinin, nominal voltajının ve deşarj oranının LFP pilininkinden daha yüksek olduğu görülebilir.

LFP ve NMC lityum iyon pilleri belirli sabit akım ve sabit voltaj şarj ve sabit akım deşarj kurallarına göre şarj edin ve boşaltın ve şarj ve deşarj kesme voltajını, deşarj oranını, pil sıcaklık artışını, deneysel sıcaklığı ve pil kapasitesi değişikliklerini kaydedin. şarj ve deşarj işlemi sırasında Durum.

2. Deşarj hızının deşarj kapasitesi üzerindeki etkisi Sıcaklık ve şarj ve deşarj kurallarını sabitleyin ve farklı deşarj oranlarına göre LFP pilini ve NMC pilini sabit bir akımda deşarj edin.

Sıcaklığı sırasıyla ayarlayın: 35, 25, 10, 5, -5, -15°C. Şekil 1’den görülebilir ki, aynı sıcaklıkta, deşarj hızı artırılarak, LFP pilinin toplam deşarj kapasitesi azalma eğilimi gösterir. Aynı deşarj oranı altında, düşük sıcaklıktaki değişikliklerin LFP akülerinin deşarj kapasitesi üzerinde daha büyük bir etkisi vardır.

Sıcaklık 0 ℃’nin altına düştüğünde, deşarj kapasitesi ciddi şekilde düşer ve kapasite geri döndürülemez. LFP pillerinin, düşük sıcaklık ve büyük deşarj hızının ikili etkisi altında deşarj kapasitesinin zayıflamasını şiddetlendirdiğini belirtmekte fayda var. LFP pillerle karşılaştırıldığında, NMC piller sıcaklığa daha duyarlıdır ve deşarj kapasiteleri ortam sıcaklığı ve deşarj hızı ile önemli ölçüde değişir.

Şekil 2’den, aynı sıcaklıkta, NMC pilinin toplam deşarj kapasitesinin önce bir azalma ve sonra yükselme eğilimi gösterdiği görülebilir. Aynı deşarj hızı altında, sıcaklık ne kadar düşükse, deşarj kapasitesi o kadar düşük olur.

Deşarj hızının artmasıyla lityum iyon pillerin deşarj kapasitesi düşmeye devam ediyor. Bunun nedeni, ciddi polarizasyon nedeniyle deşarj voltajının önceden deşarj kesme voltajına düşürülmesi, yani deşarj süresinin kısalması, deşarjın yetersiz olması ve negatif elektrot Li+’nın düşmemesidir. Tamamen gömülü. Pil deşarj oranı 1.5 ile 3.0 arasında olduğunda, deşarj kapasitesi değişen derecelerde iyileşme belirtileri göstermeye başlar. Reaksiyon devam ettikçe, deşarj hızının artmasıyla pilin sıcaklığı önemli ölçüde artacak, Li+’nın termal hareket kapasitesi güçlendirilecek ve difüzyon hızı hızlandırılacak, böylece Li+’nın gömülme hızı hızlanacak ve boşaltma kapasitesi artar. Büyük deşarj hızının ikili etkisinin ve pilin kendisinin sıcaklık artışının, pilin monoton olmayan fenomenine neden olduğu sonucuna varılabilir.

3. Pil sıcaklığı artışının deşarj kapasitesi üzerindeki etkisi. NMC pilleri 2.0℃’de sırasıyla 2.5, 3.0, 3.5, 4.0, 4.5, 30C deşarj deneylerine tabi tutulur ve deşarj kapasitesi ile lityum iyon pilin sıcaklık artışı arasındaki ilişki eğrisi Şekil 3’te gösterilmektedir.

Aynı deşarj kapasitesi altında, deşarj hızı ne kadar yüksek olursa, sıcaklık artışı değişikliklerinin o kadar önemli olduğu Şekil 3’ten görülebilir. Aynı deşarj hızı altında sabit akım deşarj sürecinin üç periyodunu analiz etmek, sıcaklık artışının esas olarak deşarjın ilk ve geç aşamalarında olduğunu gösterir.

Dördüncüsü, ortam sıcaklığının deşarj kapasitesi üzerindeki etkisi Lityum iyon pillerin en iyi çalışma sıcaklığı 25-40 ℃’dir. Tablo 2 ve Tablo 3’ün karşılaştırmasından, sıcaklık 5°C’nin altına düştüğünde, iki tip pilin hızla boşaldığı ve deşarj kapasitesinin önemli ölçüde azaldığı görülebilir.

Düşük sıcaklık deneyinden sonra, yüksek sıcaklık geri yüklendi. Aynı sıcaklıkta, LFP pilinin deşarj kapasitesi 137.1mAh ve NMC pili 47.8mAh azaldı, ancak sıcaklık artışı ve deşarj süresi değişmedi. LFP’nin iyi bir termal kararlılığa sahip olduğu ve yalnızca düşük sıcaklıklarda zayıf tolerans gösterdiği ve pil kapasitesinin geri döndürülemez bir zayıflamaya sahip olduğu görülebilir; NMC piller sıcaklık değişimlerine duyarlıdır.

Beşinci olarak, döngü sayısının deşarj kapasitesi üzerindeki etkisi Şekil 4, bir lityum iyon pilin kapasite azalma eğrisinin şematik bir diyagramıdır ve 0.8Q’daki deşarj kapasitesi, pil arıza noktası olarak kaydedilir. Şarj ve deşarj döngülerinin sayısı arttıkça deşarj kapasitesi azalmaya başlar.

Bir 1600mAh LFP pil, bir şarj-deşarj döngüsü deneyi için 0.5C’de şarj ve deşarj edildi ve 0.5C’de deşarj edildi. Toplam 600 döngü gerçekleştirilmiş ve pil arıza kriteri olarak pil kapasitesinin %80’i kullanılmıştır. Şekil 100’te gösterildiği gibi deşarj kapasitesi ve kapasite zayıflamasının göreli hata yüzdesini analiz etmek için aralık süreleri olarak 5’ü kullanın.

2000mAh’lik bir NMC pil, bir şarj-deşarj döngüsü deneyi için 1.0C’de şarj edilmiş ve 1.0C’de deşarj edilmiştir ve pil kapasitesinin %80’i, ömrünün sonunda pil kapasitesi olarak alınmıştır. İlk 700 kez alın ve Şekil 100’da gösterildiği gibi aralık olarak 6 ile deşarj kapasitesini ve kapasite zayıflamasının bağıl hata yüzdesini analiz edin.

Döngü sayısı 0 olduğunda LFP pilinin ve NMC pilinin kapasitesi nominal kapasitedir, ancak genellikle gerçek kapasite nominal kapasiteden daha azdır, bu nedenle ilk 100 döngüden sonra deşarj kapasitesi ciddi şekilde düşer. LFP pilinin çevrim ömrü uzundur, teorik ömrü 1,000 kattır; NMC pilinin teorik ömrü 300 katıdır. Aynı sayıda döngüden sonra NMC pil kapasitesi daha hızlı azalır; döngü sayısı 600 olduğunda, NMC pil kapasitesi arıza eşiğine yakın bir oranda azalır.

6. Sonuç

Lityum iyon piller üzerinde yapılan şarj ve deşarj deneyleri ile katot malzemesi, deşarj hızı, pil sıcaklık artışı, ortam sıcaklığı ve döngü sayısı gibi beş parametre değişken olarak kullanılmış ve kapasite ile ilgili özellikler ile farklı etkileyen faktörler arasındaki ilişki analiz edilmiştir, ve sonuç olarak aşağıdakiler elde edilir:

(1) Pilin nominal sıcaklık aralığı içinde, uygun bir yüksek sıcaklık, Li+’nın deinterkalasyonunu ve gömülmesini destekler. Özellikle deşarj kapasitesi için, deşarj hızı ne kadar büyük olursa, ısı üretim hızı o kadar yüksek olur ve lityum iyon pilin içindeki elektrokimyasal reaksiyon o kadar belirgin olur.

(2) LFP pili, şarj ve deşarj sırasında yüksek sıcaklığa ve deşarj oranına iyi uyum sağlar; düşük sıcaklığa toleransı zayıftır, deşarj kapasitesi ciddi şekilde düşer ve ısıtmadan sonra geri kazanılamaz.

(3) Aynı sayıda şarj ve deşarj döngüsü altında, LFP pili uzun bir döngü ömrüne sahiptir ve NMC pil kapasitesi, nominal kapasitenin %80’ine daha çabuk düşer. (4) LFP pili ile karşılaştırıldığında, NMC pilinin deşarj kapasitesi sıcaklığa daha duyarlıdır ve büyük deşarj hızında deşarj kapasitesi monoton değildir ve sıcaklık artışı önemli ölçüde değişir.