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锂电池充电快慢对电池的衰降有没有影响?

2022-05-18 10:39:24

(1)锂离子电池在使用过程中,充放电次数增加,容量逐渐减小。所谓的衰退指的是一种直觉,即权力正在逐渐耗尽。像我们的手机一样,第一次充电可能需要一整天,但完全充电时只需要半天。这就是锂离子电池在使用中容量降低的原因。这种产品更换速度快,也可以更好地解决。在电池电量耗尽之前,我们可能已经换了一部新手机,但电动汽车这种耐用、使用寿命长的产品无法很好地解决。一般来说,车辆的使用寿命可能达到10年左右。在此期间,可能需要充电1000到2000次(假设每隔一天充电一次)。为了满足电动汽车的使用需求,必须对电动汽车锂离子电池的使用寿命提出一定的要求


(2)影响锂离子电池使用寿命的因素很多。使用温度、充放电电流、充放电阻断电压会影响锂离子电池的劣化速度。锂离子电池容量下降的机理可分为三类:内阻和极化的增加、正负极活性物质的损耗和锂的损耗。外部因素对这三种因素也有不同的影响。例如,LiFePO4电池通常具有很好的循环性能,但德克萨斯大学阿伦顿大学的德雷肯指出,如果使用266650种LiFePO4电池的15C脉冲放电和15C连续放电,那么对LiFePO4电池的影响将是完全不同的。15C脉冲放电的磷酸铁锂电池在容量降低40倍后不能放电15C,但1C放电降低了6%20倍。15C连续放电电池的容量下降缓慢,60次后可以放电15C,但1C比的衰减率比15C脉冲放电快14%20%。机理研究表明,15C脉冲放电电池正极SEI膜中LIF含量较高,对锂离子扩散干扰较大,锂离子扩散阻抗和电荷交换阻抗迅速增大。因此,在充放电过程中,极化电压过大,导致LiFePO4的大电流放电容量迅速降低

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(3)锂离子电池的放电系统严重依赖用户,一个良好的放电系统可能并不适合所有用户。然而,由于充电剂主要由设计者控制,研究充电剂对电池寿命下降的影响可以更好地指导锂离子电池的设计。北京交通大学杨戈研究了各种充电系统对锂离子电池寿命下降的影响,研究了其机理,提出了锂离子电池寿命下降的模型。Yangguau研究表明,如果充电电流和阻断电压超过一定的数值,锂离子电池的减速可能会大大加快。为了降低锂离子电池的衰减速度,必须选择适合多种系统的充放电电流和阻断电压


(4)在本试验中,襄阳采用商用18650电池、LiCoO2正极材料和石墨负极材料。测试其他充电电流对电池衰减速度的影响,如下图所示。如下图a所示,充电电流对锂离子电池的衰减速度有很大影响。按照0.5c的充电比,电池前150次循环的衰减率为0.020%圈,150-800次为0.0156%圈,800次后为0.0214%圈。按照0.8C的充电比,电池的衰减率在前150次时为0.0243%循环,在150-800次时为0.175%循环,在800次时为0.0209%循环。对于1C比例填充,前150次的下降率为0.032%周期,150至600次的下降率为0.0188%周期,600次后的下降率为0.0271%周期。1.2C充电使前100次的衰减速度为0.0472%周期,衰减源速度为100-400次0.0226%周期,400次后的衰减速度为0.0356%周期。以1.5C的比例充电与以不同比例充电的电池非常不同。平均衰减率比使用0.078%回路充电快得多,比其他比例的电池快得多。根据上述数据,随着充电比的增加,锂离子电池的衰减速度也在迅速增加。从曲线的斜率来看,电池的衰减速度分为三个阶段:第一阶段的衰减速度较快(第一阶段),中间阶段(第二阶段)衰减速度较慢的稳定阶段,后期(第三阶段)衰减速度的加速阶段。根据对三级电池衰减机理的研究,由于电池SEI膜的生长会消耗一些锂,因此第一级电池的衰减速度可能更快。第二阶段,SEI膜结构稳定,内部相对稳定,下降速度较慢。在第三阶段,电池老化,活性物质开始流失,电极活性界面减少,电池对电流响应非常敏感。图C显示了不同截止电压对电池下降速度影响的实验。试验结果表明,将截止电压提高到4.3v将导致电池的循环性能急剧下降,降低截止电压将有效地改善电池的循环性能


(5)如果充电电流小于1C,电池的动态内阻将随着电池循环而变化。然而,如果充电电流超过1C,电池动态内阻的增加速度将随着充电速度的增加而迅速增加。图b中的测试结果显示,当充电阻断电压为4.3v时,电池的动态内阻增加得非常快,这表明高阻断电压加剧了电池的动态状况,而当充电阻断电压为4.1V和4.2V时,电池的动态内阻增加得更慢。


(6)如上所述,不管充电电流或掉电电压是什么,只要充电电流或电压超过此值,电池就会加速衰退;对于上面的电池,如果充电电流和阻塞电压超过此值,电池衰退速度就会加快;如果小于此值,即使充电电流和阻塞电压提高,电池的衰退速度也不会显着提高。充电电流和截断电压对电池衰减速度影响的机制研究表明,当充电电流低于1c时,主要影响的是阳极和阴极活性物质的损失,如果截断电压低于4.2v,主要是Li损失,如果充电电流和截断电压高于此值,则阳极和阴极活动物质的损失和Li损失将大大加快。


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