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充电倍率对车用锂电池衰降的影响

离子电池在使用过程中随着充放电次数的增加,容量逐渐降低,也就是我们所说的衰降,直观的感受就是电量越来越不够用了。好比我们的手机,刚刚买来的时

离子电池在运用过程中跟着充放电次数的添加,容量逐步下降,也便是咱们所说的衰降,直观的感触便是电量越来越不行用了。比如咱们的手机,刚刚买来的时分,充溢一次电能够运用一整天,可是跟着咱们运用或许充溢电就只能支撑半响的运用了,这便是锂离子电池在运用中容量衰降了,这关于消费电子产品这种更新换代的比较快的产品还比较好处理,在电池容量衰降过大之前,或许咱们就现已更换新的手机了,可是关于电动车这种运用寿数较长的经用产品来说就不那么好处理了,一般来说轿车的运用寿数可达10年左右,这期间或许要进行1000次到2000次左右的充电(假定每隔一天进行一次充电),为了满意顾客对电动轿车的运用需求,就必须对电动轿车的锂离子电池的寿数提出必定的要求。

影响锂离子电池寿数的影响要素许多,运用温度、充放电电流、充放电截止电压等要素都会影响锂离子电池的衰降速度。形成锂离子电池容量衰降的机理也能够分为三类:内阻和极化添加、正负极活性物质丢失、Li丢失[1],不同的外部要素对这三者的影响也各不相同。例如LiFePO4资料的电池一般来说具有十分好的循环功能,可是美国德州大学阿灵顿分校的Derek N. Wong等[2]研讨发现运用条件对其循环寿数有着重要的影响,当Derek N. Wong分别对26650类型的LiFePO4电池进行15C脉冲放电和15C接连放电,两种放电准则关于LiFePO4电池具有彻底不同的影响。15C脉冲放电的磷酸铁锂电池容量衰降十分快,40次后就无法进行15C放电,可是依然能够进行1C放电,1C放电的衰降速率为6%/20次。而15C接连放电电池容量衰降较慢,60次今后依然能够进行15C放电,可是1C倍率的衰降速率要快于15C脉冲放电,到达14%/20次。机理研讨显现,15C脉冲放电的电池在负极的SEI膜中含有更多的LiF,而LiF对锂离子分散的阻止更大,使得电池的Li+分散阻抗和电荷交流阻抗敏捷添加,然后使得电池在充放电过程中极化电压过大,然后导致LiFePO4大电流放电才能敏捷下降。

锂离子电池的放电准则很大程度上依赖于运用者,好的放电准则关于有的运用者而言并不必定适用。可是充电准则则首要是规划者进行操控,因而关于充电准则对电池寿数衰降的影响的研讨,能够更好的辅导咱们对锂离子电池的规划。北京交通大学的Yang Gao等[3]针对不同的充电准则对锂离子电池寿数衰降的影响,并研讨了其效果机理,提出了锂离子电池的寿数衰降模型。Yang Gao的研讨显现,当充电电流和截止电压超越必定的数值时,锂离子电池的衰降将被极大的加快,为了下降锂离子电池的衰降速率,需求针对不同的系统,挑选适宜的充放电电流和截止电压。

测验中Yang Gao采用了商用18650电池,正极资料为LiCoO2,负极资料为石墨,测验了不同的充电电流对电池衰降速率的影响,成果如下图所示。从下图a中咱们能够看到,充电电流关于锂离子电池衰降速度具有极大的影响,在0.5C充电倍率下,在前150次循环电池的衰降速度为0.020%/循环,在150次-800次则安稳为0.0156%/循环,800次今后为0.0214%/循环。而0.8C充电倍率下,电池在前150次,衰降速度为0.0243%/循环,150次-800次为0.175%/循环,800次今后为0.0209%/循环。关于1C倍率充电,前150次衰降速率为0.032%/循环,150次-600次衰降速率为0.0188%/循环,600次今后衰降速度为0.0271%/循环。1.2C充电,前100次衰降速度为0.0472%/循环,100次-400次衰阿酱速度为0.0226%/循环,400次今后衰降速度为0.0356%/循环。1.5C倍率充电与其他倍率充电的电池具有很大的不同,均匀衰减速度为0.078%/循环,远远快于其他倍率下充电的电池。从上述数据能够看到,跟着充电的倍率的加大,锂离子电池的衰降速率也在快速添加,而且从曲线的斜率来看,电池的衰降速度存在三个不同的阶段,前期衰降速度较快的阶段(阶段1),中心衰降速度较慢的安稳阶段(阶段2),和后期的衰降速率加快阶段(阶段3)。针对三个阶段电池的衰降机理的研讨以为,阶段1或许是因为电池SEI膜成长需求耗费一部分Li+,因而衰降速度较快。在阶段2跟着SEI膜结构的安稳,内部较为安稳,因而衰降速度较慢,在阶段3跟着电池老化,开端产生活性物质丢失,电极活性界面削减,导致电池关于电流十分灵敏。图C是针对不同的截止电压对电池衰降速度影响的试验,从试验成果能够看到,当把充电截止电压进步到4.3V时会导致电池的循环功能急剧恶化,下降充电截止电压能够有用的改进电池的循环功能。

对电池的动态内阻剖析如下图所示,从图a测验成果来看,当充电电流小于1C时,电池动态内阻跟着电池循环的改变趋势简直时相同的,可是当充电电流超越1C时,电池动态内阻添加快度会跟着充电速率的添加而快速添加。从图b的测验成果来看,当充电截止电压为4.3V时,电池动态内阻添加十分敏捷标明高截止电压会恶化电池的动力学条件,截止电压为4.1V和4.2V时电池动态内阻添加较为缓慢。

从上述剖析咱们能够注意到,无论是充电电流仍是充电截止电压都存在一个值,当充电电流或许电压超越这个值时就会导致电池衰降加快,关于上述电池这个值是1C和4.2V,当充电电流和截止电压超越这个值后就会加快电池的衰降,当小于这个值时,进步充电电流和截止电压并不会明显的添加电池的衰降速度。关于充电电流和截止电压对电池衰降速度影响的机理研讨显现,当充电电流低于1C时首要影响的是正负极活性物质丢失,而截止电压低于4.2V时影响的首要是Li丢失,当充电电流和截止电压高于这个值时,则会明显的加快正负极活性物质丢失和Li丢失。

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