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影响锂离子电池放电容量的因素有什么呢?

钜大LARGE  |  点击量:1752次  |  2021年01月22日  

一、电池基本实验方法


正、负极材料不同,循环寿命差异较大,影响电池的容量特性。磷酸铁锂(LFP)和镍钴锰三元材料(NMC)以其独特优势广泛用作锂离子二次电池的正极材料。由表1可知,NMC电池的额定容量、标称电压、放电倍率值都高于LFP电池。


将LFP和NMC的锂离子电池按照一定的恒流恒压充电、恒流放电规则进行充放电,在充放电过程中记录充放电截止电压、放电倍率、电池温升、实验温度、电池容量的变化情况。


二、放电倍率对放电容量的影响


固定温度和充放电规则,将LFP电池和NMC电池按照不同放电倍率进行恒流放电。调整温度分别为:35、25、10、5、-5、-15℃。


相同温度下,通过新增放电倍率,LFP电池放电容量整体呈现衰减趋势。相同放电倍率下,低温变化对LFP电池放电容量影响较大。


当温度降到0℃以下时,放电容量衰减严重并出现容量不可逆现象。值得说明的是,LFP电池在低温和大放电倍率的双重影响下加重放电容量的衰减。相比LFP电池,NMC电池对温度更为敏感,放电容量随环境温度、放电倍率变化显著。


,相同温度下,NMC电池放电容量整体呈现先衰减后回升的趋势。相同放电倍率下,温度越低则放电容量越少。


随着放电倍率的升高,锂离子电池持续出现放电容量衰减现象,究其原因是由于极化严重,放电电压提前减小到放电截止电压,即放电时间缩短,放电不充分,负极Li+没有脱嵌完全。电池放电倍率在1.5~3.0时,放电容量开始显现不同程度的回升迹象。由于反应的持续进行,电池本身的温度会随放电倍率的新增而显著升高,Li+热运动能力加强、扩散速度加快,使得Li+脱嵌速度加快,放电容量回升。由此得出,大放电倍率和电池本身温升的双重影响导致了电池的不单调现象。


三、电池温升对放电容量的影响


NMC电池在30℃下分别进行2.0、2.5、3.0、3.5、4.0、4.5C放电实验,得出的放电容量与锂离子电池温升变化关系曲线如图3所示。


,相同放电容量下,放电倍率越高,温升变化越显著。在相同放电倍率下对恒流放电过程的三个时期进行分析可知,温度升高重要在放电初期和后期。


四、环境温度对放电容量的影响


锂离子电池的最佳工作温度是25~40℃。由表2、表3比较可看出,当温度低于5℃时,两类电池放电迅速、放电容量显著减少。


低温实验后恢复高温,相同温度下,LFP电池放电容量减137.1mAh,NMC电池减少47.8mAh,但温升与放电时间并无改变。可见LFP热稳定性良好,仅在低温下表现出较差的耐受性,电池容量出现不可逆的衰减;而NMC电池对温度变化敏感。


五、循环次数对放电容量的影响


锂离子电池容量衰减曲线示意图,将放电容量在0.8Q记为电池失效点。随着充放电循环次数的新增,放电容量开始呈现衰减。


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