Khi số lượng chu kỳ sạc và xả tăng lên, dung lượng pin sẽ tiếp tục giảm xuống. Khi dung lượng giảm xuống còn 75% đến 80% công suất định mức, pin lithium-ion được coi là ở trạng thái hỏng. Tốc độ phóng điện, mức tăng nhiệt độ của pin và nhiệt độ môi trường xung quanh có tác động lớn hơn đến khả năng xả của pin lithium-ion.

Bài báo này thông qua các tiêu chí sạc và xả của điện áp không đổi và dòng điện không đổi sạc và dòng điện không đổi cho pin. Tốc độ phóng điện, tăng nhiệt độ phóng điện của pin và nhiệt độ môi trường xung quanh được sử dụng liên tiếp làm các biến số và các thí nghiệm tuần hoàn được thực hiện định lượng, tốc độ phóng điện và nhiệt độ phóng điện của pin được phân tích dưới các vật liệu catốt khác nhau. Ảnh hưởng của nhiệt độ, nhiệt độ môi trường xung quanh và thời gian chu kỳ đến khả năng phóng điện của pin lithium-ion.

1. Chương trình thực nghiệm cơ bản của pin

Vật liệu tích cực và tiêu cực là khác nhau, và tuổi thọ chu kỳ thay đổi rất nhiều, điều này ảnh hưởng đến đặc tính dung lượng của pin. Lithium iron phosphate (LFP) và vật liệu bậc ba niken-coban-mangan (NMC) được sử dụng rộng rãi làm vật liệu catốt cho pin thứ cấp lithium-ion với những ưu điểm độc đáo của chúng. Có thể thấy từ Bảng 1 rằng công suất danh định, điện áp danh định và tốc độ phóng điện của pin NMC cao hơn so với pin LFP.

Sạc và xả pin LFP và NMC lithium-ion theo các quy tắc sạc dòng điện không đổi và điện áp không đổi nhất định và xả dòng điện không đổi, đồng thời ghi lại điện áp cắt sạc và xả, tốc độ phóng điện, mức tăng nhiệt độ của pin, nhiệt độ thử nghiệm và các thay đổi về dung lượng pin trong quá trình sạc và xả Tình trạng.

2. Ảnh hưởng của tốc độ phóng điện đến khả năng phóng điện Cố định nhiệt độ và quy tắc sạc và xả, đồng thời xả pin LFP và pin NMC với dòng điện không đổi theo các tốc độ phóng điện khác nhau.

Điều chỉnh nhiệt độ lần lượt: 35, 25, 10, 5, -5, -15 ° C. Hình 1 có thể thấy rằng ở cùng một nhiệt độ, bằng cách tăng tốc độ phóng điện, khả năng xả tổng thể của pin LFP cho thấy một xu hướng giảm. Trong cùng một tốc độ phóng điện, những thay đổi về nhiệt độ thấp có tác động lớn hơn đến khả năng phóng điện của pin LFP.

Khi nhiệt độ giảm xuống dưới 0 ℃, khả năng phóng điện giảm nghiêm trọng và không thể phục hồi. Điều đáng chú ý là pin LFP làm trầm trọng thêm sự suy giảm khả năng phóng điện dưới tác động kép của nhiệt độ thấp và tốc độ phóng điện lớn. So với pin LFP, pin NMC nhạy cảm hơn với nhiệt độ và khả năng phóng điện của chúng thay đổi đáng kể theo nhiệt độ môi trường và tốc độ phóng điện.

Hình 2 có thể thấy rằng ở cùng một nhiệt độ, dung lượng phóng điện tổng thể của pin NMC cho thấy xu hướng giảm đầu tiên và sau đó tăng lên. Trong cùng một tốc độ phóng điện, nhiệt độ càng thấp thì khả năng phóng điện càng giảm.

Với việc tăng tốc độ phóng điện, khả năng xả của pin lithium-ion tiếp tục giảm. Nguyên nhân là do sự phân cực nghiêm trọng, điện áp phóng điện giảm xuống điện áp cắt phóng điện trước, tức là thời gian phóng điện bị rút ngắn, phóng điện không đủ, điện cực âm Li + không rơi ra. Được nhúng hoàn toàn. Khi tốc độ xả của pin từ 1.5 đến 3.0, khả năng xả bắt đầu có dấu hiệu phục hồi ở các mức độ khác nhau. Khi phản ứng tiếp tục, nhiệt độ của bản thân pin sẽ tăng lên đáng kể khi tốc độ phóng điện tăng lên, khả năng chuyển động nhiệt của Li + được tăng cường và tốc độ khuếch tán được tăng tốc, do đó tốc độ khử nhúng của Li + được tăng tốc và công suất phóng điện tăng lên. Có thể kết luận rằng ảnh hưởng kép của tốc độ phóng điện lớn và sự tăng nhiệt độ của pin tự nó gây ra hiện tượng không đơn âm của pin.

3. Ảnh hưởng của sự tăng nhiệt độ của pin đến khả năng phóng điện. Pin NMC tương ứng phải chịu các thí nghiệm phóng điện 2.0, 2.5, 3.0, 3.5, 4.0, 4.5C ở 30 ℃, và đường cong quan hệ giữa khả năng phóng điện và độ tăng nhiệt của pin lithium-ion được thể hiện trong Hình 3.

Hình 3 có thể thấy rằng trong cùng một công suất phóng điện, tốc độ phóng điện càng cao thì sự thay đổi độ tăng nhiệt càng có ý nghĩa. Phân tích ba giai đoạn của quá trình phóng điện không đổi trong cùng một tốc độ phóng điện cho thấy sự tăng nhiệt độ chủ yếu ở giai đoạn đầu và giai đoạn cuối của quá trình phóng điện.

Thứ tư, ảnh hưởng của nhiệt độ môi trường đến khả năng phóng điện Nhiệt độ hoạt động tốt nhất của pin lithium-ion là 25-40 ℃. Từ sự so sánh của Bảng 2 và Bảng 3, có thể thấy rằng khi nhiệt độ thấp hơn 5 ° C, hai loại pin này phóng điện nhanh và khả năng phóng điện giảm đáng kể.

Sau thí nghiệm nhiệt độ thấp, nhiệt độ cao được khôi phục. Ở cùng nhiệt độ, dung lượng xả của pin LFP giảm 137.1mAh và pin NMC giảm 47.8mAh, nhưng nhiệt độ tăng và thời gian xả không thay đổi. Có thể thấy, LFP ổn định nhiệt tốt và chỉ thể hiện khả năng chịu đựng kém ở nhiệt độ thấp, dung lượng pin có sự suy giảm không hồi phục; trong khi pin NMC nhạy cảm với sự thay đổi nhiệt độ.

Thứ năm, ảnh hưởng của số chu kỳ đến khả năng phóng điện Hình 4 là một giản đồ của đường cong phân rã dung lượng của pin lithium-ion, và công suất phóng điện ở mức 0.8Q được ghi lại là điểm hỏng của pin. Khi số lần sạc và chu kỳ phóng điện tăng lên, khả năng phóng điện bắt đầu có dấu hiệu suy giảm.

Pin LFP 1600mAh được sạc và xả ở 0.5C và xả ở 0.5C cho một thí nghiệm chu kỳ sạc-xả. Tổng cộng 600 chu kỳ đã được thực hiện và 80% dung lượng pin được sử dụng làm tiêu chí lỗi pin. Sử dụng 100 làm khoảng thời gian để phân tích tỷ lệ phần trăm sai số tương đối của khả năng phóng điện và sự suy giảm công suất, như thể hiện trong Hình 5.

Pin NMC 2000mAh được sạc ở 1.0C và xả ở 1.0C cho thử nghiệm chu kỳ sạc – xả và 80% dung lượng pin được lấy làm dung lượng pin khi hết tuổi thọ. Lấy 700 lần đầu tiên và phân tích khả năng phóng điện và tỷ lệ phần trăm sai số tương đối của sự suy giảm công suất với khoảng thời gian là 100, như thể hiện trong Hình 6.

Dung lượng của pin LFP và pin NMC khi số chu kỳ bằng 0 là dung lượng định mức, nhưng thường dung lượng thực nhỏ hơn dung lượng định mức nên sau 100 chu kỳ đầu, dung lượng phóng điện giảm sút nghiêm trọng. Pin LFP có tuổi thọ chu kỳ dài, tuổi thọ lý thuyết là 1,000 lần; Tuổi thọ lý thuyết của pin NMC là 300 lần. Sau cùng một số chu kỳ, dung lượng pin NMC giảm nhanh hơn; khi số chu kỳ là 600, dung lượng pin NMC giảm gần đến ngưỡng hỏng.

6. Phần kết luận

Thông qua các thí nghiệm sạc và xả trên pin lithium-ion, năm thông số của vật liệu catốt, tốc độ phóng điện, độ tăng nhiệt độ của pin, nhiệt độ môi trường và số chu kỳ được sử dụng làm biến số và mối quan hệ giữa các đặc tính liên quan đến dung lượng và các yếu tố ảnh hưởng khác nhau được phân tích, và kết luận sau đây là:

(1) Trong phạm vi nhiệt độ định mức của pin, nhiệt độ cao thích hợp sẽ thúc đẩy quá trình khử nồng độ và nhúng Li +. Đặc biệt đối với khả năng phóng điện, tốc độ phóng điện càng lớn thì tốc độ sinh nhiệt càng lớn và phản ứng điện hóa bên trong pin lithium-ion càng rõ ràng.

(2) Pin LFP cho thấy khả năng thích ứng tốt với nhiệt độ cao và tốc độ phóng điện trong quá trình sạc và xả; nó có khả năng chịu đựng kém với nhiệt độ thấp, khả năng phóng điện suy giảm nghiêm trọng và không thể phục hồi sau khi gia nhiệt.

(3) Trong cùng một số chu kỳ sạc và xả, pin LFP có tuổi thọ chu kỳ dài và dung lượng pin NMC giảm xuống 80% dung lượng định mức nhanh hơn. (4) So với pin LFP, khả năng phóng điện của pin NMC nhạy cảm hơn với nhiệt độ, và ở tốc độ phóng điện lớn, khả năng phóng điện không đơn điệu và sự tăng nhiệt độ thay đổi đáng kể.