Работоспособность литий-ионного аккумулятора при высоких и низких температурах

«План действий по развитию индустрии автомобильных аккумуляторов», выпущенный четырьмя министерствами, также включает целевую температуру для окружающей среды, в которой используются литий-ионные элементы питания: «. И ... И ... Условия использования достигают - От 30 ° С до 55 ° С. И ... И ... ". Здесь предлагаются температурные требования для силового элемента: аккумулятор можно использовать при низкой температуре -30 ° C и высокой температуре 55 ° C, но явно не указано, что это мономер, модуль или аккумулятор. упаковка / система. Также нет объяснения того, как батарея используется в этом диапазоне температур (или не указаны требования к характеристикам в этом диапазоне температур), особенно требования к низкой температуре -30 ° C (такие как требования к разрядной емкости при этой температуре, требования к питанию). , так далее.).

Что касается требований к силовым элементам при высоких или низких температурах, давайте сначала посмотрим, как предусмотрены соответствующие нормативные стандарты:

1. QC / T743 -2006 Литий-ионные батареи для электромобилей. Это старый стандарт батарей, который применялся ранее. Требования, связанные с высокой и низкой температурой, в основном относятся к мономерным батареям:

· 20 ± 2 ° CC / 3 разрядная емкость не менее 70% от номинальной

· 55 ± 2 ° CC / 3 разрядная емкость не менее 95% от номинальной

· 55 ± 2 ° C 100% хранения SOC 7 дней после того, как уровень удержания заряда не менее 80% рейтинга, восстановление емкости не менее 90%

2. Требования к электрическим характеристикам аккумуляторной батареи GB / T31486-2015 и требования к испытаниям для электромобилей. Это последнее требование национального стандарта для мономерных батарей и модулей. Требования к характеристикам аккумуляторных модулей при высоких и низких температурах:

Разрядная емкость 1С при -20 ± 2 ° С не менее 70% от начальной емкости

Разрядная емкость 1С при 55 ± 2 ° С не менее 90% от начальной емкости

После 7 дней хранения 100% SOC при температуре 55 ± 2 ° C степень сохранения заряда должна быть не менее 85% от начальной емкости, а восстановление емкости не должно быть менее 90% от начальной емкости.

3. GB / T31467.1 / 2 -2015 Литий-ионные активные батареи и системы для электромобилей, часть 1/2: процедуры тестирования приложений высокой мощности / высокой энергии. Стандартная серия является требованием для аккумуляторных блоков / систем, предоставляя только методы испытаний, а не конкретные требования. Требования, связанные с высокими и низкими температурами:

:: Максимальная и минимальная температура для испытаний емкости и энергии (это непрерывный разряд 1C): 40 ° C и -20 ° C.

:: Максимальные и минимальные температуры для испытаний мощности и внутреннего сопротивления (короткие периоды сильноточного разряда): 40 ° C и -20 ° C

:: Отсутствие прилагаемого теста на потерю емкости при максимальной температуре 40 ° C

:: Испытание на потерю емкости при хранении при максимальной температуре 45 ° C

· Испытание пусковой мощности при высоких и низких температурах, максимальная температура, минимальная температура: 40 ° C и -20 ° C

:: Тест энергоэффективности, максимальная температура, минимальная температура: 40 ° C и -20 ° C

Взяв максимальные и минимальные значения, вы можете увидеть, что требования текущего стандарта к температуре:

Мономеры и модули батарей: -20 ~ 55 ° C

Аккумулятор / аккумуляторная батарея: -20 ~ 45 ° C

Сравнивая цели Плана действий по содействию развитию индустрии автомобильных аккумуляторов, мы можем увидеть:

1. Аккумуляторный мономер / модуль

Целевая высокая температура соответствует текущей высокой температуре мономера / модуля.

:: Целевой показатель низкой температуры на 10 ° C ниже нынешнего стандарта и достигает -30 ° C.

2. Аккумулятор / система

Целевая высокая температура на 10 ° C выше, чем текущая температура аккумуляторной батареи / системы, достигая 55 ° C.

:: Целевой показатель низкой температуры на 10 ° C ниже нынешнего стандарта и достигает -30 ° C.

По сравнению с комнатной температурой 20 ° C ослабление емкости при -20 ° C уже относительно очевидно. При -30 ° C потеря емкости больше, а при -40 ° C емкость меньше половины.

Чем ниже температура, тем ниже проводимость электролита аккумулятора. Когда проводимость падает, способность раствора проводить активные ионы уменьшается, так как сопротивление внутренней реакции батареи увеличивается (это сопротивление выражается в электрохимическом сопротивлении), вызывая уменьшение разрядной емкости, то есть снижение емкости. Кроме того, измеряя импеданс различных частей внутри батареи (положительный, отрицательный и электролит), можно увидеть влияние каждой части на импеданс батареи. Когда температура составляет примерно <-10 ° C, сопротивление поверхности раздела положительного электрода и отрицательного электрода (на рисунке графит) быстро увеличивается, а сопротивление электролита быстро увеличивается примерно после -20 ° C. Интегрированные результаты этих импедансов выражаются в батареях. Импеданс быстро увеличивается примерно до <-10 ° C.

Saft, известная французская компания по производству аккумуляторов, изучила влияние высокой температуры на производительность аккумуляторов с помощью цилиндрических аккумуляторов емкостью 2 А · ч (положительный материал NCM, связующее PVdF, отрицательный углеродный материал, связующее вещество CMC / SBR) и сравнило две батареи при разных температурах. Ситуация:

· Аккумулятор B2 - первый цикл 2 раза при 60 ° C, затем цикл при 85 ° C

· Аккумулятор B3 - первый цикл 2 раза при 60 ° C, затем цикл при 120 ° C

После того, как батарея B2 проработает 26 раз при температуре 85 ° C, потеря емкости составит около 7,5%, а полное сопротивление батареи увеличится на 100%; После того, как батарея B3 перезаряжается 25 раз при 120 ° C, потеря емкости составляет около 22%, а полное сопротивление батареи увеличивается до 1115%.

Замена положительного электрода АКБ при высокой температуре 120 ° С. При 120 ° C некоторые из положительных полярных связующих PVdF мигрировали из области Part1 на положительную поверхность, что привело к снижению содержания связующего в области Part1, а активный материал NMC вызвал электрохимическую реакцию из-за отсутствия связующих. . Возможность уменьшения. В области Pat2 эта часть является основной частью положительного полюса. Содержание связующего в норме, высокая температура мало влияет, и активный материал может нормально реагировать.

Воздействие высокой температуры на отрицательный электрод, исходное состояние отрицательного электрода, после цикла при 85 ° C, обычная фаза твердого электролита появляется на поверхности отрицательного электрода (Рисунок 6B: поверхность отрицательного электрода покрыта вновь образованным материалом, что приводит к морфологии поверхности и исходной морфологии. Другой, Какой-то небольшой сферический материал. SEI: Solid Electronic Interface). Когда температура повышается до 120 ° C, генерируется больше SEI (рис. 6C, отрицательная поверхность покрыта большим количеством частиц), и расходуются более активные ионы лития, что приводит к снижению емкости.

В общем, факторы, влияющие на высокую и низкую температуру батареи, можно резюмировать следующим образом: проводимость электролита, импеданс границы раздела и мембрана SEI. Сочетание этих факторов влияет на производительность аккумулятора. Как правило, увеличение проводимости или проводимости каждого компонента батареи (включая выбор более проводящего активного материала, оптимизацию состава электролита, улучшение состава мембраны с отрицательным SEI, ингибирование растворения веществ с положительной поверхности и т. Д.), Тем самым уменьшая общее сопротивление батареи. Это полезно для улучшения характеристик при высоких и низких температурах. Приспособляемость литий-ионных аккумуляторов к температуре такая же, как и у человеческого тела. Слишком высокие и слишком низкие температуры не способствуют его максимальному функционированию. Выбор подходящих материалов, оптимизация конструкции конструкции и настройка подходящих условий использования могут дать полную картину его производительности.

Страница содержит содержимое машинного перевода.