鉅大LARGE | 點擊量:908次 | 2020年11月06日
電過程中電壓電流是怎么樣影響三元鋰離子電池壽命的?
一般來說咱們常說的三元資料首要指的是NMC資料,也包括NCA資料,層狀資料的容量發揮遭到其結構穩定性的影響,因為Ni3+的化學穩定性要比Co元素更好,因而在充電的過程中NMC資料也就能脫出更多的Li,使得資料的容量由較大的進步。
反過來,層狀氧化物正極資料結構穩定性還遭到脫Li數量的影響,過量的脫Li可能會導致資料的層狀結構崩塌,因而為了確保NMC資料的結構穩定性要對資料的充電截止電壓進行約束,確保資料的長期的循環穩定性。
充電截止電壓的影響
NMC資料的脫鋰數量與充電截止電壓成正比,也就是說充電截止電壓越高NMC資料的脫鋰量也就越大,相應地資料的結構也就越不穩定。下圖為NCM811資料在不同的充電截止電壓下,循環功能曲線,能夠看到進步截止電壓后,資料容量發揮顯著進步了,可是隨之而來的是資料衰降速度的加速。
比較不同截止電壓下的循環數據后發現,4.6V截止電壓時盡管在第五次放電時比容量最高,可是在循環53次后,其容量快速下降,低于4.5V和4.4V截止電壓下NMC111的容量。這表明一味的的進步充電截止電壓,盡管會使的資料的容量取得較大的進步,但卻會使的資料的循環穩定性發作顯著的下降,因而要根據電池的規劃壽數合理選擇充電截止電壓。
下圖為NMC111、NMC532、NMC622、NMC811和NCA資料,在不同的截止電壓下循環53次后,放電能量和放電能量堅持率曲線,從圖中能夠看到,在循環53次后,放電能量密度最高的并不是截止電壓最高的電池,關于NMC811資料,在4.3V截止電壓獲取了最高的放電能量密度,NMC622和NMC532、NCA資料在4.4V充電截止電壓取得了最高放電能量密度,NMC111資料在4.5V取得了最高能量密度。
這僅僅是循環了53次后的數據,跟著循環次數的新增,較高截止電壓下的資料因為衰降速度比較快,按照上圖的循環曲線的趨勢,截止電壓最低時,放電能量密度將會是最高的。此外從下圖能夠看到,無論是哪種資料跟著充電截止電壓的升高都會導致容量衰降的加速,特別是Ni含量較低的NMC111、NMC532和NMC622資料遭到截止電壓的影響更大,這表明Ni含量較低的幾款資料的結構穩定性更差一些。
環境溫度的影響
在鋰離子電池實際應用中,資料的高溫穩定性也是要咱們考慮的,JohannesKasnatscheew對NMC622、NMC811和NCA資料在常溫和60℃下的循環功能做了研討,成果如下圖所示。一般來說,進步溫度能夠改進電池內的動力學條件,從而進步電池的功能,這一點從電池在60℃下的容量發揮能夠顯著的看出來,可是高溫會對資料的循環穩定性發生必定的影響。
例如在20℃常溫下,三種資料在前50次循環,具有比較挨近的循環功能,可是將溫度進步到60℃后,NMC811和NCA資料循環50次后的容量堅持率顯著低于NMC622資料,這表明NMC622資料具有更高的熱穩定性。
JohannesKasnatscheew對影響三元資料循環功能的要素進行了剖析,例如充電截止電壓和化成的電壓和電流,以及環境溫度對NMC和NCA資料循環功能的影響,從本質上來說跟著NMC資料脫鋰數量的新增,會導致資料的結構穩定性下降,影響循環功能。此外,高溫也會對資料的穩定性發生負面的影響,從而導致資料循環功能下降。JohannesKasnatscheew還根據NMC資料的特性,規劃了一種全新的充電制度,既截止容量約束,對充電電壓進行調整確保電池每次充電的容量都是相同的,從而戰勝因為電池過電勢導致的充電容量和放電容量的衰降,很好的改進了電池的循環功能。
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