基于容量增量分析的復合材料充電機充電鋰電池分區(qū)間循環(huán)衰退機理
2017-8-29 9:51:40??????點擊：
北京交通大學國家動力自動配電網(wǎng)技能研制中心北京電動車輛協(xié)同創(chuàng)新中心、國網(wǎng)冀北電力有限公司電力科學研討院、北京新動力轎車股份有限公司的研討人員薛楠、孫丙香、白愷、韓智強、李娜，在2017年第13期《電工技能學報》上撰文，以35A·h三元錳酸鋰復合資料鋰充電機充電蓄電池為研討對象，探究剖析鋰充電機充電蓄電池分區(qū)間循環(huán)闌珊機理。
依據(jù)容量增量曲線峰值散布，將荷電狀況（SOC）區(qū)間劃分為0%～20%、20%～60%、60%～100%及0%～100%四個區(qū)間，分別在各區(qū)間進行闌珊老化試驗。為確保充電機充電蓄電池各循環(huán)區(qū)間的容量吞吐量共同，以全區(qū)間為基準，在40℃下以2C電流共進行600次充放電循環(huán)試驗。從起始點開端以100個循環(huán)為距離，在室溫條件下選用C/20電流進行容量增量剖析（ICA）功能測驗試驗，剖析不同SOC區(qū)間充電機充電蓄電池的闌珊機理。
成果標明：充電機充電蓄電池在SOC全區(qū)間運用時闌珊最快，在低端區(qū)間運用時闌珊較慢；在中低區(qū)間的功能闌珊首要是由活性鋰離子的丟失形成的，而在SOC高端區(qū)間還包括活性資料的丟失和動力學闌珊。本文得到的定論為充電機充電蓄電池的改善規(guī)劃及運用區(qū)間的選取供給了理論依據(jù)。
三元資料具有能量密度高、本錢低一級特色，歸納了鎳酸鋰、鈷酸鋰和錳酸鋰三類資料的長處，可是其倍率特性較差。錳酸鋰是研討較早的鋰充電機充電蓄電池正極資料，具有價格低廉、倍率特性好、耐過充性好、易于組成的優(yōu)勢，可是其能量密度低。
三元錳酸鋰復合資料歸納了上述長處，具有能量密度高、倍率特性好、循環(huán)壽數(shù)長等長處[1]，在電動轎車市場得到了越來越廣泛的運用。因而，研討其容量闌珊機理對更好地運用三元錳酸鋰復合資料充電機充電蓄電池以及往后充電機充電蓄電池改善規(guī)劃都具有重要的意義。
國內(nèi)外關(guān)于充電機充電蓄電池循環(huán)容量闌珊研討的文獻多數(shù)是經(jīng)過很多的測驗數(shù)據(jù)進行曲線擬合，得到容量闌珊速度[2]、容量堅持率、熱老化[3]、充電機充電蓄電池成組方式[4]和不同荷電狀況（State Of Charge,SOC）運用區(qū)間[5]等對充電機充電蓄電池闌珊的影響，然后樹立數(shù)學模型來對充電機充電蓄電池的剩下壽數(shù)進行猜測，而關(guān)于充電機充電蓄電池內(nèi)部闌珊機理的研討則較少。
D. Aurbach等[6]在25℃和40℃條件下循環(huán)后拆解充電機充電鈷酸鋰蓄電池，經(jīng)過SEM、XRD和FTIR剖析標明，正負極活性資料均有丟失，但容量闌珊首要歸因于活性鋰離子的丟失。時瑋等[7]依據(jù)充電機充電磷酸鐵鋰蓄電池內(nèi)部正負極資料匹配以及鋰離子丟失和活性資料闌珊的剖析，運用容量增量剖析（Incremental CapacityAnalysis, ICA）法研討充電機充電蓄電池容量闌珊軌道，將循環(huán)后的充電機充電蓄電池拆解并組裝成扣式充電機充電蓄電池進行容量測驗，說明晰該剖析辦法的有效性。
馬澤宇等[8]將90A·h充電機充電錳酸鋰蓄電池從25℃開端，順次進行0℃、25℃、40℃、60℃和25℃下的“熱漂移”，發(fā)現(xiàn)“熱漂移”引起充電機充電蓄電池容量衰減的根本原因包括活性資料丟失、反應(yīng)動力學闌珊和歐姆電阻添加。
M. Dubarry等[1,9]運用容量增量剖析法對不同倍率下1.9A·h三元充電機充電錳酸鋰蓄電池（1.9A·h三元資料占2/3，錳酸鋰資料占1/3）的闌珊機理及其老化的依靠途徑進行了研討，發(fā)現(xiàn)充電機充電蓄電池在闌珊過程中的活性鋰離子和活性資料均有丟失且有部分動力學闌珊，可是充電機充電蓄電池在不同SOC區(qū)間循環(huán)運用時的闌珊狀況不明確。而充電機充電蓄電池在實際運用中，因為運用習氣不同，充電機充電蓄電池的運用途徑也不盡相同，因而，需求更深化地研討充電機充電蓄電池的內(nèi)部機理，剖析充電機充電蓄電池在不同闌珊途徑下不同資料的改變對充電機充電蓄電池壽數(shù)闌珊的影響。
本文選用原位非損壞的容量增量剖析法，對不同SOC區(qū)間循環(huán)的充電機充電鋰離子蓄電池闌珊機理進行剖析和比照，并依據(jù)容量增量剖析（IncrementalCapacity Analysis, ICA）曲線改變定量剖析不同階段形成充電機充電蓄電池容量闌珊的內(nèi)部機理，所得定論為充電機充電蓄電池的改善規(guī)劃及運用區(qū)間的選取供給理論依據(jù)。
圖3 充電機充電蓄電池測驗渠道
定論
容量作為充電機充電鋰離子蓄電池功能闌珊過程中一個重要的表征參數(shù)，在不同的運用途徑下呈現(xiàn)出不同的闌珊軌道。本文結(jié)合四塊同一批次共同性較好的35A·h三元錳酸鋰復合資料鋰充電機充電蓄電池的測驗數(shù)據(jù)，依據(jù)ICA曲線峰值的散布，將充電機充電蓄電池設(shè)定在四個不同的SOC區(qū)間進行循環(huán)，終究完結(jié)600次循環(huán)，得到7個功能測驗點，結(jié)合充電機充電蓄電池的容量闌珊成果，選用容量增量法對充電機充電蓄電池的功能闌珊機理進行剖析。
成果標明：
1）在全區(qū)間運用時充電機充電蓄電池的闌珊速率較快，而在SOC較低的區(qū)間運用時闌珊速率較慢，闌珊速率的巨細關(guān)系為：D區(qū)間（49.77%@600次循環(huán)）＞C區(qū)間（31.28%@600次循環(huán)）＞B區(qū)間（17.34%@600次循環(huán)）＞A區(qū)間（9.13%@600次循環(huán)）。
2）充電機充電蓄電池在低區(qū)間功能闌珊首要是由活性鋰離子的丟失形成的，在SOC中段區(qū)間的功能闌珊不只有活性鋰離子的丟失還包括細微的錳酸鋰活性資料的丟失，而在SOC高端區(qū)間的功能闌珊除了首要活性鋰離子的丟失外，還包括正負極活性資料的丟失和動力學闌珊。
因而，為了更好地運用充電機充電蓄電池，在滿意充電機充電蓄電池運行工況的基礎(chǔ)上，能夠恰當?shù)叵陆党潆姍C充電蓄電池的運用區(qū)間；負極資料為石墨的復合資料鋰充電機充電蓄電池不適宜在包括高端SOC的區(qū)間運用；在確定運用區(qū)間后能夠恰當調(diào)整內(nèi)部資料所占份額，一起闌珊機理的剖析也為往后怎么運用充電機充電蓄電池以及充電機充電蓄電池的改善規(guī)劃供給理論依據(jù)。
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