Анализ снижения и снижения срока службы батареи NCM

Литий-ионные батареи будут сопровождаться постоянным обратимым снижением емкости во время цикла, что в конечном итоге приведет к выходу из строя литий-ионных батарей, что приведет к большему количеству факторов снижения обратимой емкости литий-ионных батарей. В целом мы считаем, что непрерывный рост мембраны SEI является основной причиной упадка литий-ионных батарей. Кроме того, снижение обратимой емкости, вызванное структурным распадом материала катода и отрицательной полярной литиевой хроматографией, являются важными причинами снижения емкости литий-ионных батарей, но конкретные системы и конкретные способы использования требуют целенаправленного анализ.

Недавно Ян Гао (первый автор) и Цзючуньцзян (автор сообщения) из Пекинского университета Цзяотун и другие нацелены на NCM / графитовые батареи на 0-20%, 20% - 40%, 40% - 60%, 60% - Диапазон SoC 80%, 80% - 100% и 0 - 100%. Был проанализирован механизм наклона и наклона цикла 6C. Исследование показало, что цикл между 0-20% приведет к большему внутреннему сопротивлению и меньшей потере емкости для литий-ионных батарей, в то время как цикл 80-100% приведет к большему количеству батарей. Потеря емкости. Изучение механизма снижения показывает, что соотношение потери активных веществ с положительной полярностью и потери активного Li при DOD 100% эквивалентно, но при DOD 20% основной причиной снижения количества литий-ионных аккумуляторов является потеря активного Li.

Параметры батареи, использованные в тесте, показаны в следующей таблице. Емкость аккумулятора составляет 8 Ач, материал NCM положительного полюса, материал графита отрицательного полюса. Испытание проводилось на испытательном оборудовании Арбина. В течение всего цикла аккумулятор помещался в термостат с температурой 25 градусов Цельсия, чтобы уменьшить влияние температуры на снижение заряда аккумулятора.

Данные о литий-ионных батареях, циркулирующих в различных диапазонах SoC, показаны на рисунке ниже. Чтобы сравнить циклические характеристики батарей с глубиной разряда 20% и глубиной разряда 100%, автор использует 5 циклов разряда 20% в качестве эквивалентного цикла (общая разрядная емкость эквивалентна 100% разряда). ниже видно, что скорость затухания в цикле быстрая и медленная. 80%, 100%] & GT; [20%, 40%] & GT; [40%, 60%] <УНК> [60%, 80%] & GT; [0, 20%] Три диапазона SoC в середине очень близки к скорости распада. Емкость батареи с циклом 100% DOD и 80% SoC-100% SoC уменьшается значительно быстрее, чем у других аккумуляторов с циклом 20% DOD.

YangGao использует метод импульсного тока для измерения тенденции сопротивления в цикле в батарее. Поскольку скорость отклика разного импеданса внутри литий-ионной батареи разная, омическое сопротивление, как правило, является самым быстрым. Поэтому автор считает, что измеренный импеданс порядка 10 мСм является в основном омическим импедансом. Поляризационное сопротивление батареи реагирует немного медленнее, поэтому сопротивление после 10 мс содержит омический импеданс и сопротивление поляризации батареи, поэтому омический импеданс и поляризационный импеданс внутри литий-ионной батареи можно разделить на основе этих характеристик.

Из результатов теста на следующем рисунке видно, что у батареи есть небольшое изменение в циклическом импедансе Чжонгоуму, а омическое сопротивление батареи, равное 100% DOD и 0-20% циклов SoC, выше, чем у батарей других диапазонов, но в отличие от них. , сопротивление поляризации батареи увеличивается более значительно. Из рисунка ниже видно, что наибольшее увеличение поляризационного импеданса происходит у 100% -й батареи DOD, в то время как поляризационное сопротивление батареи SoC 0-20% в цикле 20% DOD увеличивается больше всего.

После завершения циклического испытания компания YangGao провела испытание емкости при малом увеличении 0,05 C, чтобы исключить влияние факторов поляризации, получить максимальную обратимую емкость Cmax, а затем разрядить с разной степенью увеличения. Используя максимальную обратимую емкость за вычетом емкости при разном увеличении, получают потерю объема, вызванную снижением кинетических характеристик. Согласно данным испытаний на рисунке ниже, максимальная обратимая потеря емкости является самой высокой для батарей в цикле SoC-100% SoC и самой низкой для батарей в цикле SoC 0% -20%, но ее можно найти на рисунке B ниже. . Батарея с циклом 0% -20% SoC имеет наибольшую потерю емкости из-за плохих кинетических свойств. Это показывает, что циркуляция в диапазоне высоких SoC приведет к большой потере обратимой емкости литий-ионных батарей, а циркуляция в диапазоне низких SoC приведет к серьезному ухудшению кинетических свойств литий-ионных аккумуляторов.

Чтобы проанализировать механизм снижения емкости, который вызывает циркуляцию литий-ионных аккумуляторов в различных диапазонах систем на кристалле, YangGao использовал метод возрастающей емкости ICA и метод разности напряжений DVA для анализа литий-ионных аккумуляторов. Прежде всего, авторы использовали метод трехэлектродной батареи для измерения изменений напряжения и кривых dV / dQ и dQ / dV положительного и отрицательного полюсов всей батареи во время процесса зарядки (как показано на рисунке ниже). Заинтересованные друзья могут посмотреть нашу предыдущую статью «Мощный инструмент анализа механизма упадка Amway - кривая dV / dQ»). На рисунке B ниже вы можете видеть, что у всей батареи есть два основных пика. Вся батарея разделена на три основные реакционные зоны, и основные пики обеих относятся к отрицательным полюсам. Автор делит кривую dV / dQ на несколько частей на рисунке B ниже в соответствии с положением характеристического пика.

На следующих рисунках a и B показаны изменения кривой dV / dQ батареи при потере различного активного Li. Из рисунка видно, что кривая напряжения положительного электрода литий-ионной батареи существенно не изменяется, когда происходят активные потери Li, но кривая отрицательного полюса будет сдвигаться вправо. Две характеристики, создаваемые отрицательным полюсом, можно увидеть на рисунке B ниже. Вершина смещается вправо, поскольку потеря Ли увеличивается в целом и меняет форму. Следующие рисунки C и D отражают влияние потери активных веществ с положительной полярностью на кривой напряжения. Из рисунка видно, что потеря активных веществ с положительной полярностью не влияет на кривую напряжения и кривую отрицательной полярности всей батареи. При этом существенного изменения характерных пиков на кривой dV / dQ не наблюдается. Это происходит главным образом потому, что активного Li в литий-ионной батарее фактически недостаточно, поэтому потеря части положительного активного материала не будет иметь большого влияния на емкость литий-ионной батареи. Точно так же, ввиду значительного превышения отрицательного электрода в цикле, определенное количество отрицательных потерь активного материала не приводит к значительному изменению емкости всей батареи, но приводит к изменению характеристических пиков на кривой dV / dQ. сдвиг и площадь. Снижаться.

Согласно приведенным выше данным, Янгао считает, что емкость PareaI и NEpeakIII, а также высота NEpeakII представляют потерю активного Li в литий-ионных батареях, а емкость PareaII в основном представляет собой потерю положительных активных веществ. Высота и емкость NEpekI в основном отражают потерю отрицательно активных веществ.

На следующем рисунке показано изменение характеристических пиков в цикле литий-ионных аккумуляторов. На следующем рисунке показано изменение PareaII в цикле, в основном указывающее на потерю положительно полярных активных веществ. Рисунок B на рисунке ниже в основном отражает потерю активного Li. Из рисунка видно, что потеря положительных полярных веществ в 100% цикла DOD является наибольшей, в то время как потеря активного Li в 20% батарей цикла DOD является наибольшей, а потеря активного Li в цикле постоянно ускоряется. Потеря активных веществ с положительной полярностью постоянно замедляется, что указывает на то, что потеря активного Li является основным фактором, вызывающим снижение емкости батареи DOD на 20%. Следующие ниже цифры E и F показывают изменения высоты и емкости NEpekI, соответственно, отражающие потерю активных веществ с отрицательной полярностью. Из рисунка видно, что более отрицательные потери активного материала происходят в батареях, циркулирующих в течение 0-20% цикла. Однако по сравнению с потерей активного Li и потерей активных веществ с положительной полярностью потеря активных веществ с отрицательной полярностью все еще намного меньше, что указывает на то, что потеря отрицательных активных веществ в батареях NCM / графит не является основным ведущим фактором. к снижению обратимой емкости.

В общем, для батареи с циклом разряда 20% потеря активного лития является основным фактором, приводящим к снижению обратимой емкости, в то время как для батареи цикла 100% разряда потеря активного вещества и потеря активного лития являются основным фактором. причины его обратимой емкости. Важный фактор упадка.

Работа Янгао показывает, что разные системы использования могут приводить к разным механизмам распада. Емкость батареи 20% цикла DOD снижается медленнее, но внутреннее сопротивление увеличивается быстрее. Однако как уменьшение емкости, так и увеличение внутреннего сопротивления происходит медленнее, чем у 100% батарей DOD. Для батареи с циклом разряда 20% потеря активного лития является основной причиной обратимой потери емкости, в то время как потеря положительного активного материала батареи в цикле 100% разряда разряда и потеря активного лития являются основными факторами уменьшения количества обратимых батарей. вместимость.

Страница содержит содержимое машинного перевода.