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影響鋰離子電池放電容量的因素有一般什么?

鉅大LARGE  |  點擊量:1717次  |  2021年02月25日  

我們都了解,鋰離子電池隨著充放電次數(shù)的新增,容量會越來越少,直接表現(xiàn)就是鋰離子電池的性能越來越差。那么都有什么因素影響到鋰離子電池的性能呢?


影響鋰離子電池容量的影響因素很多,使用溫度、充放電電流、充放電截止電壓等因素都會影響鋰離子電池的衰降速度。造成鋰離子電池容量衰降的機理可以分為三類:內(nèi)阻和極化新增、正負極活性物質(zhì)損失、Li損失。


不同的外部因素對這三者的影響也各不相同。例如LiFePO4材料的鋰離子電池具有非常好的循環(huán)性能,但是不同的使用條件對鋰離子電池循環(huán)壽命有著重要的影響。試驗證明對26650鋰離子電池進行15C脈沖放電和15C持續(xù)放電,兩種放電制度關(guān)于26650鋰離子電池具有完全不同的影響。15C脈沖放電的26650鋰離子電池容量衰降非常快,充放電40次后就無法再進行15C放電,但是仍然能夠進行1C放電。而15C持續(xù)放電電池容量衰降較慢,60次以后仍然能夠進行15C放電,但是1C倍率的衰降速率要快于15C脈沖放電。


機理分析得出結(jié)論:15C脈沖放電的電池在負極的SEI膜中出現(xiàn)更多的LiF,而LiF對鋰離子擴散的阻礙更大,使得電池的Li+擴散阻抗和電荷交換阻抗迅速新增,從而使得電池在充放電過程中極化電壓過大,從而導致LiFePO4大電流放電能力迅速下降。


鋰離子電池的充電策略關(guān)于鋰離子電池壽命衰降影響的研究,能夠更好的指導我們對鋰離子電池的設(shè)計。以下就不同充電控制策略對鋰離子電池壽命衰降的影響,研究了其用途機理,提出鋰離子電池的壽命衰降模型。研究試驗表明,當充電電流和截止電壓超過一定的數(shù)值時,鋰離子電池的衰降將被極大的加速,為了降低鋰離子電池的衰降速率,要針對不同的體系,要選擇合適的充放電電流和截止電壓。

放電倍率對放電容量的影響


固定溫度和充放電規(guī)則,將LFP電池和NMC電池按照不同放電倍率進行恒流放電。調(diào)整溫度分別為:35、25、10、5、-5、-15℃。


相同溫度下,通過新增放電倍率,LFP電池放電容量整體呈現(xiàn)衰減趨勢。相同放電倍率下,低溫變化對LFP電池放電容量影響較大。


當溫度降到0℃以下時,放電容量衰減嚴重并出現(xiàn)容量不可逆現(xiàn)象。值得說明的是,LFP電池在低溫和大放電倍率的雙重影響下加重放電容量的衰減。相比LFP電池,NMC電池對溫度更為敏感,放電容量隨環(huán)境溫度、放電倍率變化顯著。


相同溫度下,NMC電池放電容量整體呈現(xiàn)先衰減后回升的趨勢。相同放電倍率下,溫度越低則放電容量越少。


隨著放電倍率的升高,鋰離子電池持續(xù)出現(xiàn)放電容量衰減現(xiàn)象,究其原因是由于極化嚴重,放電電壓提前減小到放電截止電壓,即放電時間縮短,放電不充分,負極Li+沒有脫嵌完全。電池放電倍率在1.5~3.0時,放電容量開始顯現(xiàn)不同程度的回升跡象。由于反應(yīng)的持續(xù)進行,電池本身的溫度會隨放電倍率的新增而顯著升高,Li+熱運動能力加強、擴散速度加快,使得Li+脫嵌速度加快,放電容量回升。由此得出,大放電倍率和電池本身溫升的雙重影響導致了電池的不單調(diào)現(xiàn)象。


NMC電池在30℃下分別進行2.0、2.5、3.0、3.5、4.0、4.5C放電實驗,得出的放電容量與鋰離子電池溫升變化關(guān)系


相同放電容量下,放電倍率越高,溫升變化越顯著。在相同放電倍率下對恒流放電過程的三個時期進行分析可知,溫度升高重要在放電初期和后期。


鋰離子電池的最佳工作溫度是25~40℃。由表2、表3比較可看出,當溫度低于5℃時,兩類電池放電迅速、放電容量顯著減少。


低溫實驗后恢復高溫,相同溫度下,LFP電池放電容量減137.1mAh,NMC電池減少47.8mAh,但溫升與放電時間并無改變??梢奓FP熱穩(wěn)定性良好,僅在低溫下表現(xiàn)出較差的耐受性,電池容量出現(xiàn)不可逆的衰減;而NMC電池對溫度變化敏感。


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