充電機(jī)充電倍率對(duì)鋰離子電池衰降的影響
2017-6-10 10:44:48??????點(diǎn)擊：
鋰離子電池在運(yùn)用過(guò)程中跟著充電機(jī)充放電次數(shù)的添加，容量逐步下降，也即是咱們所說(shuō)的衰降，直觀的感受即是電量越來(lái)越不行用了。好比咱們的手機(jī)，剛剛買來(lái)的時(shí)分，充電機(jī)充溢一次電能夠運(yùn)用一整天，可是跟著咱們運(yùn)用也許充電機(jī)充溢電就只能支持半響的運(yùn)用了，這即是鋰離子電池在運(yùn)用中容量衰降了，這關(guān)于花費(fèi)電子商品這種更新?lián)Q代的比較快的商品還比較好處理，在電池容量衰降過(guò)大之前，也許咱們就現(xiàn)已更換新的手機(jī)了，可是關(guān)于電動(dòng)車這種運(yùn)用壽數(shù)較長(zhǎng)的經(jīng)用商品來(lái)說(shuō)就不那么好處理了，一般來(lái)說(shuō)轎車的運(yùn)用壽數(shù)可達(dá)10年左右，這期間也許要進(jìn)行1000次到2000次左右的充電（假設(shè)每隔一天進(jìn)行一次充電），為了滿意花費(fèi)者對(duì)電動(dòng)轎車的運(yùn)用需求，就必須對(duì)電動(dòng)轎車的鋰離子電池的壽數(shù)提出必定的請(qǐng)求。
影響鋰離子電池壽數(shù)的影響要素很多，運(yùn)用溫度、充電機(jī)充放電電流、充電機(jī)充放電截止充電機(jī)電壓等要素都會(huì)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(jī)理也能夠分為三類：內(nèi)阻和極化添加、正負(fù)極活性物質(zhì)丟失、Li丟失[1]，不一樣的外部要素對(duì)這三者的影響也各不相同。例如LiFePO4資料的電池一般來(lái)說(shuō)具有十分好的循環(huán)功能，可是美國(guó)德州大學(xué)阿靈頓分校的Derek N. Wong等[2]研討發(fā)現(xiàn)運(yùn)用條件對(duì)其循環(huán)壽數(shù)有著主要的影響，當(dāng)Derek N. Wong分別對(duì)26650類型的LiFePO4電池進(jìn)行15C脈沖放電和15C接連放電，兩種放電準(zhǔn)則關(guān)于LiFePO4電池具有完全不一樣的影響。15C脈沖放電的磷酸鐵鋰電池容量衰降十分快，40次后就無(wú)法進(jìn)行15C放電，可是依然能夠進(jìn)行1C放電，1C放電的衰降速率為6%/20次。而15C接連放電電池容量衰降較慢，60次今后依然能夠進(jìn)行15C放電，可是1C倍率的衰降速率要快于15C脈沖放電，到達(dá)14%/20次。機(jī)理研討顯現(xiàn)，15C脈沖放電的電池在負(fù)極的SEI膜中含有更多的LiF，而LiF對(duì)鋰離子分散的阻止更大，使得電池的Li+分散阻抗和電荷交流阻抗敏捷添加，然后使得電池在充電機(jī)充放電過(guò)程中極化充電機(jī)電壓過(guò)大，然后致使LiFePO4大電流放電才能敏捷下降。
鋰離子電池的充電機(jī)放電準(zhǔn)則很大程度上依賴于運(yùn)用者，好的充電機(jī)放電準(zhǔn)則關(guān)于有的運(yùn)用者而言并不必定適用?？墒浅潆姍C(jī)充電準(zhǔn)則則主要是設(shè)計(jì)者進(jìn)行操控，因而關(guān)于充電機(jī)充電準(zhǔn)則對(duì)電池壽數(shù)衰降的影響的研討，能夠十分好的輔導(dǎo)咱們對(duì)鋰離子電池的設(shè)計(jì)。北京交通大學(xué)的Yang Gao等[3]關(guān)于不一樣的充電準(zhǔn)則對(duì)鋰離子電池壽數(shù)衰降的影響，并研討了其效果機(jī)理，提出了鋰離子電池的壽數(shù)衰降模型。Yang Gao的研討顯現(xiàn)，當(dāng)充電電流和截止充電機(jī)電壓超越必定的數(shù)值時(shí)，鋰離子電池的衰降將被極大的加快，為了下降鋰離子電池的衰降速率，需求關(guān)于不一樣的系統(tǒng)，挑選合適的充電機(jī)充放電電流和截止充電機(jī)電壓。
測(cè)驗(yàn)中Yang Gao采用了商用18650電池，正極資料為L(zhǎng)iCoO2，負(fù)極資料為石墨，測(cè)驗(yàn)了不一樣的充電電流對(duì)電池衰降速率的影響，成果如下圖所示。從下圖a中咱們能夠看到，充電電流關(guān)于鋰離子電池衰降速度具有極大的影響，在0.5C充電倍率下，在前150次循環(huán)電池的衰降速度為0.020%/循環(huán)，在150次-800次則安穩(wěn)為0.0156%/循環(huán)，800次今后為0.0214%／循環(huán)。而0.8C充電倍率下，電池在前150次，衰降速度為0.0243%／循環(huán)，150次-800次為0.175%／循環(huán)，800次今后為0.0209%／循環(huán)。關(guān)于1C倍率充電，前150次衰降速率為0.032%／循環(huán)，150次-600次衰降速率為0.0188%／循環(huán)，600次今后衰降速度為0.0271%／循環(huán)。1.2C充電，前100次衰降速度為0.0472%／循環(huán)，100次-400次衰阿醬速度為0.0226%／循環(huán)，400次今后衰降速度為0.0356%／循環(huán)。1.5C倍率充電與別的倍率充電的電池具有很大的不一樣，均勻衰減速度為0.078%／循環(huán)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)快于別的倍率下充電的電池。從上述數(shù)據(jù)能夠看到，跟著充電的倍率的加大，鋰離子電池的衰降速率也在迅速添加，并且從曲線的斜率來(lái)看，電池的衰降速度存在三個(gè)不一樣的期間，前期衰降速度較快的期間（期間1），中心衰降速度較慢的安穩(wěn)期間（期間2），和后期的衰降速率加快期間（期間3）。關(guān)于三個(gè)期間電池的衰降機(jī)理的研討認(rèn)為，期間1也許是因?yàn)殡姵豐EI膜成長(zhǎng)需求耗費(fèi)一部分Li+，因而衰降速度較快。在期間2跟著SEI膜結(jié)構(gòu)的安穩(wěn)，內(nèi)部較為安穩(wěn)，因而衰降速度較慢，在期間3跟著電池老化，開(kāi)始發(fā)作活性物質(zhì)丟失，電極活性界面削減，致使電池關(guān)于電流十分靈敏。圖C是關(guān)于不一樣的截止充電機(jī)電壓對(duì)電池衰降速度影響的試驗(yàn)，從試驗(yàn)成果能夠看到，當(dāng)把充電截止充電機(jī)電壓進(jìn)步到4.3V時(shí)會(huì)致使電池的循環(huán)功能急劇惡化，下降充電截止充電機(jī)電壓能夠有用的改進(jìn)電池的循環(huán)功能。
對(duì)電池的動(dòng)態(tài)內(nèi)阻剖析如下圖所示，從圖a測(cè)驗(yàn)成果來(lái)看，當(dāng)充電電流小于1C時(shí)，電池動(dòng)態(tài)內(nèi)阻跟著電池循環(huán)的變化趨勢(shì)簡(jiǎn)直時(shí)一樣的，可是當(dāng)充電電流超越1C時(shí)，電池動(dòng)態(tài)內(nèi)阻添加快度會(huì)跟著充電速率的添加而迅速添加。從圖b的測(cè)驗(yàn)成果來(lái)看，當(dāng)充電截止充電機(jī)電壓為4.3V時(shí)，電池動(dòng)態(tài)內(nèi)阻添加十分敏捷標(biāo)明高截止充電機(jī)電壓會(huì)惡化電池的動(dòng)力學(xué)條件，截止充電機(jī)電壓為4.1V和4.2V時(shí)電池動(dòng)態(tài)內(nèi)阻添加較為緩慢。
從上述剖析咱們能夠注意到，無(wú)論是充電電流仍是充電截止充電機(jī)電壓都存在一個(gè)值，當(dāng)充電電流或許充電機(jī)電壓超越這個(gè)值時(shí)就會(huì)致使電池衰降加快，關(guān)于上述電池這個(gè)值是1C和4.2V，當(dāng)充電電流和截止充電機(jī)電壓超越這個(gè)值后就會(huì)加快電池的衰降，當(dāng)小于這個(gè)值時(shí)，進(jìn)步充電電流和截止充電機(jī)電壓并不會(huì)明顯的添加電池的衰降速度。關(guān)于充電電流和截止充電機(jī)電壓對(duì)電池衰降速度影響的機(jī)理研討顯現(xiàn)，當(dāng)充電電流低于1C時(shí)主要影響的是正負(fù)極活性物質(zhì)丟失，而截止充電機(jī)電壓低于4.2V時(shí)影響的主要是Li丟失，當(dāng)充電電流和截止充電機(jī)電壓高于這個(gè)值時(shí)，則會(huì)明顯的加快正負(fù)極活性物質(zhì)丟失和Li丟失。
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3. Lithium-ion battery aging mechanisms and life model under different
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