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電過程中電壓電流是怎么樣影響三元鋰離子電池壽命的?

鉅大LARGE  |  點(diǎn)擊量:896次  |  2020年11月06日  

一般來說咱們常說的三元資料首要指的是NMC資料,也包括NCA資料,層狀資料的容量發(fā)揮遭到其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的影響,因?yàn)镹i3+的化學(xué)穩(wěn)定性要比Co元素更好,因而在充電的過程中NMC資料也就能脫出更多的Li,使得資料的容量由較大的進(jìn)步。


反過來,層狀氧化物正極資料結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性還遭到脫Li數(shù)量的影響,過量的脫Li可能會(huì)導(dǎo)致資料的層狀結(jié)構(gòu)崩塌,因而為了確保NMC資料的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性要對(duì)資料的充電截止電壓進(jìn)行約束,確保資料的長(zhǎng)期的循環(huán)穩(wěn)定性。


充電截止電壓的影響


NMC資料的脫鋰數(shù)量與充電截止電壓成正比,也就是說充電截止電壓越高NMC資料的脫鋰量也就越大,相應(yīng)地資料的結(jié)構(gòu)也就越不穩(wěn)定。下圖為NCM811資料在不同的充電截止電壓下,循環(huán)功能曲線,能夠看到進(jìn)步截止電壓后,資料容量發(fā)揮顯著進(jìn)步了,可是隨之而來的是資料衰降速度的加速。


比較不同截止電壓下的循環(huán)數(shù)據(jù)后發(fā)現(xiàn),4.6V截止電壓時(shí)盡管在第五次放電時(shí)比容量最高,可是在循環(huán)53次后,其容量快速下降,低于4.5V和4.4V截止電壓下NMC111的容量。這表明一味的的進(jìn)步充電截止電壓,盡管會(huì)使的資料的容量取得較大的進(jìn)步,但卻會(huì)使的資料的循環(huán)穩(wěn)定性發(fā)作顯著的下降,因而要根據(jù)電池的規(guī)劃壽數(shù)合理選擇充電截止電壓。


下圖為NMC111、NMC532、NMC622、NMC811和NCA資料,在不同的截止電壓下循環(huán)53次后,放電能量和放電能量堅(jiān)持率曲線,從圖中能夠看到,在循環(huán)53次后,放電能量密度最高的并不是截止電壓最高的電池,關(guān)于NMC811資料,在4.3V截止電壓獲取了最高的放電能量密度,NMC622和NMC532、NCA資料在4.4V充電截止電壓取得了最高放電能量密度,NMC111資料在4.5V取得了最高能量密度。


這僅僅是循環(huán)了53次后的數(shù)據(jù),跟著循環(huán)次數(shù)的新增,較高截止電壓下的資料因?yàn)樗ソ邓俣缺容^快,按照上圖的循環(huán)曲線的趨勢(shì),截止電壓最低時(shí),放電能量密度將會(huì)是最高的。此外從下圖能夠看到,無論是哪種資料跟著充電截止電壓的升高都會(huì)導(dǎo)致容量衰降的加速,特別是Ni含量較低的NMC111、NMC532和NMC622資料遭到截止電壓的影響更大,這表明Ni含量較低的幾款資料的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性更差一些。


環(huán)境溫度的影響


鋰離子電池實(shí)際應(yīng)用中,資料的高溫穩(wěn)定性也是要咱們考慮的,JohannesKasnatscheew對(duì)NMC622、NMC811和NCA資料在常溫和60℃下的循環(huán)功能做了研討,成果如下圖所示。一般來說,進(jìn)步溫度能夠改進(jìn)電池內(nèi)的動(dòng)力學(xué)條件,從而進(jìn)步電池的功能,這一點(diǎn)從電池在60℃下的容量發(fā)揮能夠顯著的看出來,可是高溫會(huì)對(duì)資料的循環(huán)穩(wěn)定性發(fā)生必定的影響。


例如在20℃常溫下,三種資料在前50次循環(huán),具有比較挨近的循環(huán)功能,可是將溫度進(jìn)步到60℃后,NMC811和NCA資料循環(huán)50次后的容量堅(jiān)持率顯著低于NMC622資料,這表明NMC622資料具有更高的熱穩(wěn)定性。


JohannesKasnatscheew對(duì)影響三元資料循環(huán)功能的要素進(jìn)行了剖析,例如充電截止電壓和化成的電壓和電流,以及環(huán)境溫度對(duì)NMC和NCA資料循環(huán)功能的影響,從本質(zhì)上來說跟著NMC資料脫鋰數(shù)量的新增,會(huì)導(dǎo)致資料的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性下降,影響循環(huán)功能。此外,高溫也會(huì)對(duì)資料的穩(wěn)定性發(fā)生負(fù)面的影響,從而導(dǎo)致資料循環(huán)功能下降。JohannesKasnatscheew還根據(jù)NMC資料的特性,規(guī)劃了一種全新的充電制度,既截止容量約束,對(duì)充電電壓進(jìn)行調(diào)整確保電池每次充電的容量都是相同的,從而戰(zhàn)勝因?yàn)殡姵剡^電勢(shì)導(dǎo)致的充電容量和放電容量的衰降,很好的改進(jìn)了電池的循環(huán)功能。


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