Зі збільшенням кількості циклів заряду та розряду ємність акумулятора буде продовжувати знижуватися. Коли ємність зменшується до 75-80% від номінальної, літій-іонний акумулятор вважається несправним. Швидкість розряду, підвищення температури батареї та температура навколишнього середовища мають більший вплив на розрядну ємність літій-іонних акумуляторів.

У цій статті прийняті критерії зарядки та розрядки для акумулятора, що включає постійну напругу та заряд постійного струму та розрядку батареї. Швидкість розряду, підвищення температури розряду батареї та температура навколишнього середовища послідовно використовуються як змінні, і циклічні експерименти проводяться кількісно, ​​а швидкість розряду та температура розряду акумулятора аналізуються під різними матеріалами катода. Вплив температури, температури навколишнього середовища та тривалості циклу на розрядну ємність літій-іонних акумуляторів.

1. Основна експериментальна програма батареї

Позитивні і негативні матеріали відрізняються, і термін експлуатації сильно різниться, що впливає на характеристики ємності акумулятора. Літій-залізофосфат (LFP) і потрійні матеріали нікель-кобальт-марганець (NMC) широко використовуються як катодні матеріали для літій-іонних вторинних батарей з їх унікальними перевагами. З таблиці 1 видно, що номінальна ємність, номінальна напруга та швидкість розряду акумулятора NMC вищі, ніж у акумулятора LFP.

Заряджайте та розряджайте літій-іонні акумулятори LFP та NMC відповідно до певних правил зарядки та розряду постійного струму, а також записуйте напругу відсікання заряду та розряду, швидкість розряду, підвищення температури акумулятора, експериментальну температуру та зміни ємності акумулятора під час процесу заряду та розряду Стан.

2. Вплив швидкості розряду на ємність розряду. Визначте температуру, правила зарядки та розрядки, а також розрядіть акумулятор LFP та акумулятор NMC на постійному струмі відповідно до різних швидкостей розряду.

Відрегулюйте температуру відповідно: 35, 25, 10, 5, -5, -15°C. З малюнка 1 видно, що при тій же температурі, збільшуючи швидкість розряду, загальна розрядна ємність LFP батареї демонструє тенденцію до зниження. При однаковій швидкості розряду зміни низьких температур мають більший вплив на розрядну ємність LFP батарей.

Коли температура падає нижче 0 ℃, ємність розряду різко зменшується, і ємність стає незворотною. Варто відзначити, що акумулятори LFP посилюють ослаблення розрядної ємності під подвійним впливом низької температури та великої швидкості розряду. У порівнянні з акумуляторами LFP, батареї NMC більш чутливі до температури, і їх ємність розряду значно змінюється в залежності від температури навколишнього середовища та швидкості розряду.

З малюнка 2 видно, що при тій же температурі загальна розрядна ємність батареї NMC демонструє тенденцію спочатку спадання, а потім зростання. При однаковій швидкості розряду чим нижча температура, тим нижча ємність розряду.

Зі збільшенням швидкості розряду розрядна ємність літій-іонних акумуляторів продовжує знижуватися. Причина в тому, що через серйозну поляризацію напруга розряду заздалегідь знижується до напруги відсікання розряду, тобто час розряду скорочується, розряд недостатній, негативний електрод Li+ не відпадає. Вбудований повністю. Коли швидкість розряду батареї становить від 1.5 до 3.0, ємність розряду починає проявляти ознаки відновлення в різному ступені. У міру того, як реакція триває, температура самої батареї буде значно зростати зі збільшенням швидкості розряду, збільшується здатність до теплового переміщення Li+, а швидкість дифузії прискорюється, так що швидкість видалення Li+ прискорюється і збільшується розрядна ємність. Можна зробити висновок, що подвійний вплив великої швидкості розряду та підвищення температури самої батареї викликає немонотонність батареї.

3. Вплив підвищення температури акумулятора на розрядну ємність. Батареї NMC відповідно піддають експериментам з розрядом 2.0, 2.5, 3.0, 3.5, 4.0, 4.5C при 30℃, а крива співвідношення між ємністю розряду та підвищенням температури літій-іонної батареї показана на малюнку 3. Показано.

З рисунка 3 видно, що при однаковій ємності розряду, чим вище швидкість розряду, тим значніші зміни температури. Аналіз трьох періодів процесу розряду постійного струму при однаковій швидкості розряду показує, що підвищення температури відбувається переважно на початковій та пізній стадіях розряду.

По-четверте, вплив температури навколишнього середовища на розрядну ємність Найкраща робоча температура літій-іонних акумуляторів – 25-40 ℃. З порівняння таблиць 2 і 3 видно, що коли температура нижче 5°C, два типи батарей швидко розряджаються, а ємність розряду значно зменшується.

Після експерименту з низькою температурою висока температура була відновлена. При тій же температурі розрядна ємність акумулятора LFP зменшилася на 137.1 мАг, а батареї NMC – на 47.8 мАг, але підвищення температури та час розряду не змінилися. Можна помітити, що LFP має хорошу термостабільність і демонструє погану толерантність лише до низьких температур, а ємність батареї має необоротне ослаблення; тоді як батареї NMC чутливі до змін температури.

По-п’яте, вплив кількості циклів на ємність розряду. На малюнку 4 представлена ​​схематична діаграма кривої спаду ємності літій-іонної батареї, а ємність розряду при 0.8Q записується як точка відмови батареї. Зі збільшенням кількості циклів заряду та розряду ємність розряду починає зменшуватися.

Акумулятор LFP ємністю 1600 мАг був заряджений і розряджений при 0.5°C і розряджений при 0.5°C для експерименту циклу заряд-розряд. Всього було виконано 600 циклів, і 80% ємності батареї було використано як критерій несправності батареї. Використовуйте 100 як час інтервалу, щоб проаналізувати відносний відсоток помилки розрядної ємності та ослаблення ємності, як показано на малюнку 5.

Акумулятор NMC ємністю 2000 мАг був заряджений при 1.0°C і розряджений при 1.0°C для експерименту циклу заряд-розряд, і 80% ємності батареї було взято за ємність батареї наприкінці її терміну служби. Візьміть перші 700 разів і проаналізуйте ємність розряду та відсоток відносної помилки загасання ємності з інтервалом 100, як показано на малюнку 6.

Ємність акумулятора LFP та акумулятора NMC, коли кількість циклів дорівнює 0, є номінальною ємністю, але зазвичай фактична ємність менша за номінальну, тому після перших 100 циклів ємність розряду серйозно знижується. Акумулятор LFP має тривалий термін служби, теоретичний термін служби становить 1,000 разів; Теоретичний термін служби батареї NMC становить 300 разів. Після такої ж кількості циклів ємність акумулятора NMC зменшується швидше; коли кількість циклів становить 600, ємність батареї NMC зменшується близько до порогу відмови.

6. Висновок

У ході експериментів із зарядкою та розрядженням літій-іонних акумуляторів п’ять параметрів матеріалу катода, швидкості розряду, підвищення температури батареї, температури навколишнього середовища та числа циклів використовуються як змінні, а також аналізується зв’язок між характеристиками, пов’язаними з ємністю, та різними факторами впливу, і у висновку виходить наступне:

(1) У межах номінального температурного діапазону батареї відповідна висока температура сприяє деінтеркаляції та вбудованню Li+. Особливо для розрядної ємності, чим більша швидкість розряду, тим більша швидкість виділення тепла та очевидніша електрохімічна реакція всередині літій-іонної батареї.

(2) Акумулятор LFP демонструє хорошу адаптацію до високої температури та швидкості розряду під час зарядки та розрядки; він погано витримує низькі температури, ємність розряду сильно знижується і не може бути відновлена ​​після нагрівання.

(3) При однаковій кількості циклів зарядки та розрядки акумулятор LFP має тривалий термін служби, а ємність акумулятора NMC швидше зменшується до 80% від номінальної ємності. (4) У порівнянні з батареєю LFP розрядна ємність батареї NMC є більш чутливою до температури, а при великій швидкості розряду ємність розряду не є монотонною, і підвищення температури значно змінюється.