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充电倍率对锂离子电池衰降的影响

2017-06-09 01:18
路过的码农
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锂离子电池在使用过程中随着充放电次数的增加,容量逐渐降低,也就是我们所说的衰降,直观的感受就是电量越来越不够用了。好比我们的手机,刚刚买来的时候,充满一次电能够使用一整天,但是随着我们使用可能充满电就只能支撑半天的使用了,这就是锂离子电池在使用中容量衰降了,这对于消费电子产品这种更新换代的比较快的产品还比较好解决,在电池容量衰降过大之前,可能我们就已经更换新的手机了,但是对于电动车这种使用寿命较长的耐用产品来说就不那么好解决了,一般来说汽车的使用寿命可达10年左右,这期间可能要进行1000次到2000次左右的充电(假设每隔一天进行一次充电),为了满足消费者对电动汽车的使用需求,就必须对电动汽车的锂离子电池的寿命提出一定的要求。

充电倍率对锂离子电池衰降的影响

影响锂离子电池寿命的影响因素很多,使用温度、充放电电流、充放电截止电压等因素都会影响锂离子电池的衰降速度。造成锂离子电池容量衰降的机理也可以分为三类:内阻和极化增加、正负极活性物质损失、Li损失,不同的外部因素对这三者的影响也各不相同。例如LiFePO4材料的电池一般来说具有非常好的循环性能,但是美国德州大学阿灵顿分校的DerekN.Wong等研究发现使用条件对其循环寿命有着重要的影响,当DerekN.Wong分别对26650型号的LiFePO4电池进行15C脉冲放电和15C连续放电,两种放电制度对于LiFePO4电池具有完全不同的影响。15C脉冲放电的磷酸铁锂电池容量衰降非常快,40次后就无法进行15C放电,但是仍然能够进行1C放电,1C放电的衰降速率为6%/20次。而15C连续放电电池容量衰降较慢,60次以后仍然能够进行15C放电,但是1C倍率的衰降速率要快于15C脉冲放电,达到14%/20次。机理研究显示,15C脉冲放电的电池在负极的SEI膜中含有更多的LiF,而LiF对锂离子扩散的阻碍更大,使得电池的Li+扩散阻抗和电荷交换阻抗迅速增加,从而使得电池在充放电过程中极化电压过大,从而导致LiFePO4大电流放电能力迅速下降。

充电倍率对锂离子电池衰降的影响

锂离子电池的放电制度很大程度上依赖于使用者,好的放电制度对于有的使用者而言并不一定适用。但是充电制度则主要是设计者进行控制,因此对于充电制度对电池寿命衰降的影响的研究,能够更好的指导我们对锂离子电池的设计。北京交通大学的YangGao等针对不同的充电制度对锂离子电池寿命衰降的影响,并研究了其作用机理,提出了锂离子电池的寿命衰降模型。YangGao的研究显示,当充电电流和截止电压超过一定的数值时,锂离子电池的衰降将被极大的加速,为了降低锂离子电池的衰降速率,需要针对不同的体系,选择合适的充放电电流和截止电压。

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