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低溫鋰電池

高溫環境會對鋰電池壽命造成影響嗎?

鉅大LARGE  |  點擊量:1013次  |  2020年03月16日  

摘要
NMC材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材料的脫鋰量也就越大,相應地材料的結構也就越不穩定。NCM811材料在不同的充電截止電壓下,循環性能曲線,

NMC材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材料的脫鋰量也就越大,相應地材料的結構也就越不穩定。NCM811材料在不同的充電截止電壓下,循環性能曲線,可以看到提高截止電壓后,材料容量發揮明顯提高了,但是隨之而來的是材料衰降速度的加速。


對比不同截止電壓下的循環數據后發現,4.6V截止電壓時雖然在第五次放電時比容量最高,但是在循環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。這表明一味的的提高充電截止電壓,雖然會使的材料的容量獲得較大的提升,但卻會使的材料的循環穩定性發生明顯的下降,因此需要根據電池的設計壽命合理選擇充電截止電壓。


這僅僅是循環了53次后的數據,隨著循環次數的增加,較高截止電壓下的材料由于衰降速度比較快,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。此外從下圖可以看到,無論是哪種材料隨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材料受到截止電壓的影響更大,這表明Ni含量較低的幾款材料的結構穩定性更差一些。


環境溫度的影響


鋰離子電池實際應用中,材料的高溫穩定性也是需要我們考慮的,JohannesKasnatscheew對NMC622、NMC811和NCA材料在常溫和60℃下的循環性能做了研究。一般而言,提高溫度可以改善電池內的動力學條件,從而提高電池的性能,這一點從電池在60℃下的容量發揮可以明顯的看出來,但是高溫會對材料的循環穩定性產生一定的影響。


例如在20℃常溫下,三種材料在前50次循環,具有比較接近的循環性能,但是將溫度提高到60℃后,NMC811和NCA材料循環50次后的容量保持率明顯低于NMC622材料,這表明NMC622材料具有更高的熱穩定性。三元鋰電池壽命是在使用到一定程度后,容量衰減程度比例所計算的,直接到容量壽命為零終止。業內算法一般是三元鋰電池充滿電之后放電一次,這叫循環壽命。在使用過程中,鋰電池內部發生不可逆化學反應會造成電池容量的下降,比如使用不當的情況,或者極高溫或者極低溫情況下使用。比如電解液的分解,活性材料的失活,正負極結構的坍塌導致鋰離子嵌入和脫嵌的數量減少等等。實驗標明,更高倍率的放電會導致容量更快的衰減,如果放電電流較低,電池電壓會接近平衡電壓,能釋放出更多的能量。


三元鋰電池理論壽命為1200次完全充放電,也就是完全循環壽命,按使用頻率來說,三天一次完全充放電,一年120次完全充放電,三元鋰電池使用壽命達到十年,即使使用過程中有損耗或者充放電天數減少,也可以達到八年,注意,這里說的是容量壽命,在八年之后三元鋰電池的容量還會有百分之六十以上,這是標準性所在。


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