鋰電池充電快慢對電池的衰降有沒有影響?
2022-05-18 10:39:24
(1)鋰離子電池在使用過程中,充放電次數增加,容量逐漸減小。所謂的衰退指的是一種直覺,即權力正在逐漸耗盡。像我們的手機一樣,第一次充電可能需要一整天,但完全充電時只需要半天。這就是鋰離子電池在使用中容量降低的原因。這種產品更換速度快,也可以更好地解決。在電池電量耗盡之前,我們可能已經換了一部新手機,但電動汽車這種耐用、使用壽命長的產品無法很好地解決。一般來說,車輛的使用壽命可能達到10年左右。在此期間,可能需要充電1000到2000次(假設每隔一天充電一次)。為了滿足電動汽車的使用需求,必須對電動汽車鋰離子電池的使用壽命提出一定的要求
(2)影響鋰離子電池使用壽命的因素很多。使用溫度、充放電電流、充放電阻斷電壓會影響鋰離子電池的劣化速度。鋰離子電池容量下降的機理可分為三類:內阻和極化的增加、正負極活性物質的損耗和鋰的損耗。外部因素對這三種因素也有不同的影響。例如,LiFePO4電池通常具有很好的循環性能,但德克薩斯大學阿倫頓大學的德雷肯指出,如果使用266650種LiFePO4電池的15C脈沖放電和15C連續放電,那么對LiFePO4電池的影響將是完全不同的。15C脈沖放電的磷酸鐵鋰電池在容量降低40倍后不能放電15C,但1C放電降低了6%20倍。15C連續放電電池的容量下降緩慢,60次后可以放電15C,但1C比的衰減率比15C脈沖放電快14%20%。機理研究表明,15C脈沖放電電池正極SEI膜中LIF含量較高,對鋰離子擴散干擾較大,鋰離子擴散阻抗和電荷交換阻抗迅速增大。因此,在充放電過程中,極化電壓過大,導致LiFePO4的大電流放電容量迅速降低
(3)鋰離子電池的放電系統嚴重依賴用戶,一個良好的放電系統可能并不適合所有用戶。然而,由于充電劑主要由設計者控制,研究充電劑對電池壽命下降的影響可以更好地指導鋰離子電池的設計。北京交通大學楊戈研究了各種充電系統對鋰離子電池壽命下降的影響,研究了其機理,提出了鋰離子電池壽命下降的模型。Yangguau研究表明,如果充電電流和阻斷電壓超過一定的數值,鋰離子電池的減速可能會大大加快。為了降低鋰離子電池的衰減速度,必須選擇適合多種系統的充放電電流和阻斷電壓
(4)在本試驗中,襄陽采用商用18650電池、LiCoO2正極材料和石墨負極材料。測試其他充電電流對電池衰減速度的影響,如下圖所示。如下圖a所示,充電電流對鋰離子電池的衰減速度有很大影響。按照0.5c的充電比,電池前150次循環的衰減率為0.020%圈,150-800次為0.0156%圈,800次后為0.0214%圈。按照0.8C的充電比,電池的衰減率在前150次時為0.0243%循環,在150-800次時為0.175%循環,在800次時為0.0209%循環。對于1C比例填充,前150次的下降率為0.032%周期,150至600次的下降率為0.0188%周期,600次后的下降率為0.0271%周期。1.2C充電使前100次的衰減速度為0.0472%周期,衰減源速度為100-400次0.0226%周期,400次后的衰減速度為0.0356%周期。以1.5C的比例充電與以不同比例充電的電池非常不同。平均衰減率比使用0.078%回路充電快得多,比其他比例的電池快得多。根據上述數據,隨著充電比的增加,鋰離子電池的衰減速度也在迅速增加。從曲線的斜率來看,電池的衰減速度分為三個階段:第一階段的衰減速度較快(第一階段),中間階段(第二階段)衰減速度較慢的穩定階段,后期(第三階段)衰減速度的加速階段。根據對三級電池衰減機理的研究,由于電池SEI膜的生長會消耗一些鋰,因此第一級電池的衰減速度可能更快。第二階段,SEI膜結構穩定,內部相對穩定,下降速度較慢。在第三階段,電池老化,活性物質開始流失,電極活性界面減少,電池對電流響應非常敏感。圖C顯示了不同截止電壓對電池下降速度影響的實驗。試驗結果表明,將截止電壓提高到4.3v將導致電池的循環性能急劇下降,降低截止電壓將有效地改善電池的循環性能
(5)如果充電電流小于1C,電池的動態內阻將隨著電池循環而變化。然而,如果充電電流超過1C,電池動態內阻的增加速度將隨著充電速度的增加而迅速增加。圖b中的測試結果顯示,當充電阻斷電壓為4.3v時,電池的動態內阻增加得非常快,這表明高阻斷電壓加劇了電池的動態狀況,而當充電阻斷電壓為4.1V和4.2V時,電池的動態內阻增加得更慢。
(6)如上所述,不管充電電流或掉電電壓是什么,只要充電電流或電壓超過此值,電池就會加速衰退;對于上面的電池,如果充電電流和阻塞電壓超過此值,電池衰退速度就會加快;如果小于此值,即使充電電流和阻塞電壓提高,電池的衰退速度也不會顯著提高。充電電流和截斷電壓對電池衰減速度影響的機制研究表明,當充電電流低于1c時,主要影響的是陽極和陰極活性物質的損失,如果截斷電壓低于4.2v,主要是Li損失,如果充電電流和截斷電壓高于此值,則陽極和陰極活動物質的損失和Li損失將大大加快。
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