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充电电流大小对锂电池寿命有影响吗

锂离子电池在使用过程中充放电次数增加,容量逐渐减少。所谓衰退是指电力逐渐耗尽的直观感觉。像我们的手机一样,第一次买的时候一次充电可以用一整天,但充电满的时候只能用半天。这就是锂离子电池在使用中的容量减少的原因。这种更换速度快的产品也比较好地解决。电池容量用完之前,我们可能已经更换了新电话,但电动汽车的这种使用寿命长的耐用产品不能很好地解决。一般来说,汽车的使用寿命可能达10年左右,在此期间可能需要10002000次充电(假设每隔一天充一次电),为了满足电动汽车的使用需求,必须对电动汽车的锂离子电池的使用寿命提出一定的要求。

锂离子电池

  影响锂离子电池寿命的因素有多种,使用温度、充电放电电流、充电和放电阻塞电压等都会影响锂离子电池的退化速度。锂离子电池容量下降的机制可分为三类:内部电阻和极化增加、阳极和阴极活性物质损失以及Li损失,外部因素对这三种影响也有所不同。例如,lifepo4材料电池通常具有非常好的循环性能,但美国得克萨斯大学alenton大学的derekkn.wong等研究表明,如果使用条件对266650型号的lifepo4电池进行15c脉冲放电和15c连续放电,则对lifepo4电池的影响将完全不同。有15c脉冲放电的磷酸铁锂电池容量下降40次后不能放电15c,但1c放电减少6%/20次。15c连续放电电池容量下降速度较慢,60次后可放电15c,但1c比例的衰减速度比15c脉冲放电快14%/20%。机制研究表明,15c脉冲放电的电池在阴极sei膜中含有更多的lif,lif对锂离子扩散的干扰更大,电池的Li扩散阻抗和电荷交换阻抗迅速增加,因此在充电和放电过程中,极化电压过大,导致lifepo4大电流放电容量迅速减少。

  锂离子电池的放电系统严重依赖用户,良好的放电系统不一定适用于所有用户。但是,由于充电剂主要由设计者控制,因此充电剂对电池寿命下降影响的研究更能指导锂离子电池的设计。如果充电电流和阻塞电压超过一定数字,锂离子电池的衰减可能会大大加快,为了降低锂离子电池的衰退速度,必须选择适合多个系统的充电放电电流和阻塞电压。

  在这项测试中,使用商用18650电池,阴极材料使用licoo2,阴极材料使用石墨,测试了其他充电电流对电池衰减速度的影响,如下图所示。如下图a所示,充电电流对锂离子电池的衰减速度有很大影响。按0.5c充电比例,前150个循环电池的衰退速度为0.020%/环路,150-800次为0.0156%/环路,800次后为0.0214%/环路稳定。按照0.8c充电比例,电池前150次,衰退速度为0.0243%/周期,150-800次-0.175%/周期,800次以后为0.0209%/周期。对于1c比例填充,前150次衰退速度为0.032%/循环,150次到600次衰退速度为0.0188%/循环,600次以后的衰退速度为0.0271%/循环。1.2c充电使前100次衰减速度为0.0472%/循环,100次-400次衰减源速度为0.0226%/循环,400次以后的衰减速度为0.0356%/循环。比例为1.5c的充电与比例不同的充电电池有很大区别,平均衰退速度比使用0.078%/环路充电比其他比例的电池快得多。从前面提到的数据来看,随着充电比例的增加,锂离子电池的衰减速度也在迅速增加,从曲线的斜率来看,电池的衰减速度有三个阶段不同,前一个时段的衰减速度较快(第一阶段),中间衰减速度较慢的稳定阶段(第二阶段),以及后期衰减速度加速阶段(第三阶段)。根据对三级电池衰减机制的研究,第一阶段可能会更快地衰减,因为电池sei胶片的生长会消耗一些Li。第二阶段,sei膜结构稳定,内部相对稳定,因此衰退速度较慢,第三阶段,电池老化,活性物质损失开始发生,电极活性接口减少,电池对电流反应非常敏感。图c是不同截断电压对电池下降速度影响的实验,测试结果表明,将截断电压提高到4.3v会导致电池周期性能急剧下降,降低截断电压会有效地提高电池周期性能。

  如果充电电流小于1c,电池动态内阻会随着电池循环的变化几乎相同,但如果充电电流超过1c,则随着充电速度的提高,电池动态内阻的提高速度会迅速提高。图b的测试结果表明,当充电阻塞电压为4.3v时,电池动态内阻增加得非常快,这表明高阻塞电压加剧了电池的动态条件,而阻塞电压为4.1v和4.2v时,电池动态内阻的增加速度更慢。

  如上所述,不管充电电流或掉电电压是什么,只要充电电流或电压超过此值,电池就会加速衰退;对于上面的电池,如果充电电流和阻塞电压超过此值,电池衰退速度就会加快;如果小于此值,即使充电电流和阻塞电压提高,电池的衰退速度也不会显着提高。充电电流和截断电压对电池衰减速度影响的机制研究表明,当充电电流低于1c时,主要影响的是阳极和阴极活性物质的损失,如果截断电压低于4.2v,主要是Li损失,如果充电电流和截断电压高于此值,则阳极和阴极活动物质的损失和Li损失将大大加快。



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