高鎳 碳18650尊龍d88開戶的存儲衰降和自放電的不一致性分析
發布時間︰2019-11-25 16:53:06
近年來,鋰離子尊龍d88開戶憑借著在能量密度和循環壽命的優勢在動力尊龍d88開戶領域得到了廣泛的應用。不同于傳統消費電子領域,動力尊龍d88開戶在使用中通常需要數百只甚至數千只單體尊龍d88開戶組合成為尊龍d88開戶組,因此影響動力尊龍d88開戶組使用壽命的因素不僅僅有單體尊龍d88開戶的使用壽命,鋰離子尊龍d88開戶在使用過程中老化速度不一致和自放電速度不一致導致的單體尊龍d88開戶之間的差異也會顯著的影響尊龍d88開戶組的使用壽命。


德國慕尼黑工業大學的I. Zilberman(第一作者,通訊作者)就對高鎳三元/ 碳體系的18650尊龍d88開戶的老化和自放電的不一致性進行了研究和分析。


實驗中采用的18650尊龍d88開戶為來自LG Chem的INR18650-MJ1高能量密度尊龍d88開戶,其容量為3.5Ah,能量密度可達259.6Wh/kg,作者將24個尊龍d88開戶在25℃的環境下存儲10個月,為了表征尊龍d88開戶參數的不一致性變化,作者采用了統計學中標準差的概念(如下式所示),其中u為平均值,n為數據點的個數。



作者在存儲過程中進行的試驗如下表所示,



下圖為作者最初購買的48只18650尊龍d88開戶經過上表所示的測試後,尊龍d88開戶的容量、內阻和重量數據的分布,最終作者從48只尊龍d88開戶中選擇了24只尊龍d88開戶用于後續的存儲測試。



電壓差分曲線是分析鋰離子尊龍d88開戶內部活性物質損失和活性Li損失的有效方法,電壓差分曲線中不同的特征峰對應不同的材料相變,例如在下圖2.17Ah處的特征峰對應的為負極LiC12與LiC6之間的相變,因此這一特征峰主要反映的是負極的特性,而在0.8Ah附近的特征峰也來自負極,兩個特征峰之間的距離的變化則主要反映負極儲Li能力的變化,因此我們可以利用0.8Ah和2.17Ah兩個特征峰之間距離的變化來定量的表征負極儲Li能力的變化,也就是我們通常所說的活性物質損失。而在0.3Ah和0.6Ah的特征峰則主要來自Si負極,因此我們可以用這兩個峰之間的變化定量的分析負極中Si材料的損失。而在2.8Ah附近的高點和3.2Ah附近的低點之間的距離則反映額NCM正極的儲Li的能力。



作者將挑選出的24只尊龍d88開戶放電到70%SoC,然後在25℃下存儲了10個月,下圖為尊龍d88開戶在存儲前和存儲後容量和內阻的變化。從測試結果來看,18650尊龍d88開戶在經過10個月的存儲後,尊龍d88開戶的容量損失了5.7%,而尊龍d88開戶之間的容量偏差從最初的0.2%增加到了0.38%,幾乎翻倍。而尊龍d88開戶的內阻在存儲的過程中增加了4.6%,尊龍d88開戶之間的內阻偏差從0.68%輕微增加到了0.75%(如下表所示)。



由于尊龍d88開戶的容量衰降和內阻增加與時間之間呈現線性相關,因此作者對這些尊龍d88開戶的初始容量和內阻的不一致性進行了推斷,表明開始時容量和內阻的不一致性分別為0.056%和0.624%,這表明LG的這一批尊龍d88開戶出廠前以容量為標準進行了匹配,因此容量偏差比較小,而內阻由于沒有進行匹配,因此偏差則比較大。



尊龍d88開戶在存儲和使用過程中除了尊龍d88開戶容量的不可逆變化外,還有一部分是通過尊龍d88開戶自放電發生的可逆容量損失。為了表征尊龍d88開戶自放電速度的差異,作者計算了不同尊龍d88開戶的自放電電流,從下圖a能夠看到相比于尊龍d88開戶容量和內阻偏差的變化,尊龍d88開戶自放電電流的不一致性要明顯的更高,可達10.51%。



鋰離子尊龍d88開戶自放電不僅會造成尊龍d88開戶SoC的變化,還會相應地造成尊龍d88開戶電壓的變化,因此作者通過下圖b所示的等效電路對尊龍d88開戶進行了模擬,等效電路中包含一個電流源和一個電壓源(與尊龍d88開戶的SoC相關)。在鋰離子尊龍d88開戶實際使用中為了滿足尊龍d88開戶組對于容量的需求,通常會將多只單體尊龍d88開戶進行並聯,在等效電路上相當于多個電流源並聯,提供更大的供電能力,而並聯不會對尊龍d88開戶的電壓產生影響,因此我們可以采用一個電壓源對尊龍d88開戶電壓的變化進行模擬。



為了模擬在實際使用中最惡劣情況下單體尊龍d88開戶自放電對于尊龍d88開戶一致性的影響,作者模擬了自放電電流最小和最大的兩只尊龍d88開戶並聯在一起,在一年的存儲過程中單體尊龍d88開戶電壓的偏差的變化。由于存儲溫度對于尊龍d88開戶的自放電電流有較大的影響,因此作者分別采用了慕尼黑、洛杉磯和新加坡三地全年的氣溫變化,模擬了對尊龍d88開戶的影響(如下圖所示)。開始的時候兩種尊龍d88開戶的電壓是相同的,尊龍d88開戶的SoC也都為90%,我們可以看到如果在慕尼黑經過一年的存儲後兩只尊龍d88開戶之間的電壓偏差達到了1.2mV,在洛杉磯則為1.8mV,而在新加坡這一數值則達到了2.9mV。如果單體尊龍d88開戶的電壓偏差大道2.9mV,則意味著尊龍d88開戶的容量偏差為5.25mAh,約佔尊龍d88開戶容量的0.15%,因此不會對尊龍d88開戶的容量構成限制。



I. Zilberman的研究表明對于高鎳/ 碳18650尊龍d88開戶而言,在存儲過程中尊龍d88開戶容量的不一致性變化要明顯大于尊龍d88開戶內阻不一致性的變化,尊龍d88開戶自放電引起的尊龍d88開戶電壓的不一致性要明顯高于尊龍d88開戶容量和內阻的不一致性,但是自放電造成的電壓偏差仍然要低于尊龍d88開戶組均衡系統的啟動標準,因此對于尊龍d88開戶組的性能不構成影響。


本文主要參考以下文獻,文章僅用于對相關科學作品的介紹和評論,以及課堂教學和科學研究,不得作為商業用途。如有任何版權問題,請隨時與我們聯系。


Cell-to-cellvariation of calendar aging and reversible self-discharge in 18650 nickel-rich,silicongraphite lithium-ion cells, Journalof Energy Storage 26 (2019) 100900, I.Zilberman, S. Ludwig, A. Jossen



稿件來源︰ 新能源leader
相關閱讀︰
發布
驗證碼︰