哪些因素影響鋰電池性能?

時間:2018-07-04 14:37來源:電動知家 作者:綜合報道
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       我們都知道,鋰電池隨著充放電次數(shù)的增加,容量會越來越少,直接表現(xiàn)就是鋰電池的性能越來越差。那么都有哪些因素影響到鋰電池的性能呢?
    
       影響鋰電池容量的影響因素很多,使用溫度、充放電電流、充放電截止電壓等因素都會影響鋰離子電池的衰降速度。造成鋰電池容量衰降的機理可以分為三類:內阻和極化增加、正負極活性物質損失、Li損失。
 
       不同的外部因素對這三者的影響也各不相同。例如LiFePO4材料的鋰電池具有非常好的循環(huán)性能,但是不同的使用條件對鋰電池循環(huán)壽命有著重要的影響。試驗證明對26650鋰電池進行15C脈沖放電和15C連續(xù)放電,兩種放電制度對于26650鋰電池具有完全不同的影響。15C脈沖放電的26650鋰電池容量衰降非?,充放電40次后就無法再進行15C放電,但是仍然能夠進行1C放電。而15C連續(xù)放電電池容量衰降較慢,60次以后仍然能夠進行15C放電,但是1C倍率的衰降速率要快于15C脈沖放電。
圖1 鋰電池提升倍率對電池性能的影響
 
       機理分析得出結論:15C脈沖放電的電池在負極的SEI膜中出現(xiàn)更多的LiF,而LiF對鋰離子擴散的阻礙更大,使得電池的Li+擴散阻抗和電荷交換阻抗迅速增加,從而使得電池在充放電過程中極化電壓過大,從而導致LiFePO4大電流放電能力迅速下降。
 
       鋰電池的充電策略對于鋰電池壽命衰降影響的研究,能夠更好的指導我們對鋰離子電池的設計。以下就不同充電控制策略對鋰離子電池壽命衰降的影響,研究了其作用機理,提出鋰離子電池的壽命衰降模型。研究試驗表明,當充電電流和截止電壓超過一定的數(shù)值時,鋰離子電池的衰降將被極大的加速,為了降低鋰離子電池的衰降速率,需要針對不同的體系,需要選擇合適的充放電電流和截止電壓。
 
圖2 倍率放電對電池性能的影響
 
       從數(shù)據(jù)可以看到,隨著充電的倍率的加大,鋰離子電池的衰降速率也在快速增加,并且從曲線的斜率來看,電池的衰降速度存在三個不同的階段,前期衰降速度較快的階段(階段1),中間衰降速度較慢的穩(wěn)定階段(階段2),和后期的衰降速率加速階段(階段3)。針對三個階段電池的衰降機理的研究認為,階段1可能是因為電池SEI膜生長需要消耗一部分Li+,因此衰降速度較快。在階段2隨著SEI膜結構的穩(wěn)定,內部較為穩(wěn)定,因此衰降速度較慢,在階段3隨著電池老化,開始發(fā)生活性物質損失,電極活性界面減少,導致電池對于電流十分敏感。圖C是針對不同的截止電壓對電池衰降速度影響的實驗,從實驗結果可以看到,當把充電截止電壓提高到4.3V時會導致電池的循環(huán)性能急劇惡化,降低充電截止電壓可以有效的改善電池的循環(huán)性能。
 
圖3 鋰電池提性倍率對內阻的影響
   
       對電池的動態(tài)內阻分析如圖所示,從圖a測試結果來看,當充電電流小于1C時,電池動態(tài)內阻隨著電池循環(huán)的變化趨勢幾乎時一樣的,但是當充電電流超過1C時,電池動態(tài)內阻增加速度會隨著充電速率的增加而快速增加。從圖b的測試結果來看,當充電截止電壓為4.3V時,電池動態(tài)內阻增加非常迅速表明高截止電壓會惡化電池的動力學條件,截止電壓為4.1V和4.2V時電池動態(tài)內阻增加較為緩慢。
 
       從上述分析我們可以注意到,無論是充電電流還是充電截止電壓都存在一個值,當充電電流或者電壓超過這個值時就會導致電池衰降加速,對于上述電池這個值是1C和4.2V,當充電電流和截止電壓超過這個值后就會加速電池的衰降,當小于這個值時,提高充電電流和截止電壓并不會顯著的增加電池的衰降速度。對于充電電流和截止電壓對電池衰降速度影響的機理研究顯示,當充電電流低于1C時主要影響的是正負極活性物質損失,而截止電壓低于4.2V時影響的主要是Li損失,當充電電流和截止電壓高于這個值時,則會顯著的加速正負極活性物質損失和Li損失。
 
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文章標簽: 鋰電池,充電
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