提升充放倍率对锂电池性能影响有哪些? – 锂电池,充放倍率


提升充放倍率对锂电池性能影响有哪些? - 锂电池,充放倍率


图1.锂电池提升倍率对电池性能的影响

 

我们都知道,锂电池随着充放电次数的增加,容量会越来越少,直接表现就是锂电池的性能越来越差。那么都有哪些因素影响到锂电池的性能呢?

 

影响锂电池容量的影响因素很多,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。造成锂电池容量衰降的机理可以分为三类: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材料的锂电池具有非常好的循环性能,但是不同的使用条件对锂电池循环寿命有着重要的影响。试验证明对26650锂电池进行15C脉冲放电和15C连续放电,两种放电制度对于26650锂电池具有完全不同的影响。15C脉冲放电的26650锂电池容量衰降非常快,充放电40次后就无法再进行15C放电,但是仍然能够进行1C放电。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。

 

机理分析得出结论:15C脉冲放电的电池在负极的SEI膜中出现更多的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。

 

锂电池的充电策略对于锂电池寿命衰降影响的研究,能够更好的指导我们对锂离子电池的设计。以下就不同充电控制策略对锂离子电池寿命衰降的影响,研究了其作用机理,提出锂离子电池的寿命衰降模型。研究试验表明,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,需要选择合适的充放电电流和截止电压。

 

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图2.倍率放电对电池性能的影响

 

从数据可以看到,随着充电的倍率的加大,锂离子电池的衰降速率也在快速增加,并且从曲线的斜率来看,电池的衰降速度存在三个不同的阶段,前期衰降速度较快的阶段(阶段1),中间衰降速度较慢的稳定阶段(阶段2),和后期的衰降速率加速阶段(阶段3)。针对三个阶段电池的衰降机理的研究认为,阶段1可能是因为电池SEI膜生长需要消耗一部分Li+,因此衰降速度较快。在阶段2随着SEI膜结构的稳定,内部较为稳定,因此衰降速度较慢,在阶段3随着电池老化,开始发生活性物质损失,电极活性界面减少,导致电池对于电流十分敏感。图C是针对不同的截止电压对电池衰降速度影响的实验,从实验结果可以看到,当把充电截止电压提高到4.3V时会导致电池的循环性能急剧恶化,降低充电截止电压可以有效的改善电池的循环性能。

 

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