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簡(jiǎn)述影響鋰離子電池循環(huán)性能的幾個(gè)因素

鉅大LARGE  |  點(diǎn)擊量:637次  |  2021年04月21日  

材料的選擇是影響鋰離子電池性能的第一要素。選擇了循環(huán)性能較差的材料,工藝再合理、制成再完善,電芯的循環(huán)也必然無(wú)法保證;選擇了較好的材料,即使后續(xù)制成有些許問(wèn)題,循環(huán)性能也可能不會(huì)差的過(guò)于離譜(一次鈷酸鋰克發(fā)揮僅為135.5mAh/g左右且析鋰的電芯,1C雖然百余次跳水但是0.5C、500次90%以上;一次電芯拆開(kāi)后負(fù)極有黑色石墨顆粒的電芯,循環(huán)性能正常)。從材料角度來(lái)看,一個(gè)全電池的循環(huán)性能,是由正極與電解液匹配后的循環(huán)性能、負(fù)極與電解液匹配后的循環(huán)性能這兩者中,較差的一者來(lái)決定的。材料的循環(huán)性能較差,一方面可能是在循環(huán)過(guò)程中晶體結(jié)構(gòu)變化過(guò)快從而無(wú)法繼續(xù)完成嵌鋰脫鋰,一方面可能是由于活性物質(zhì)與對(duì)應(yīng)電解液無(wú)法生成致密均勻的SEI膜造成活性物質(zhì)與電解液過(guò)早發(fā)生副反應(yīng)而使電解液過(guò)快消耗進(jìn)而影響循環(huán)。在電芯設(shè)計(jì)時(shí),若一極確認(rèn)選用循環(huán)性能較差的材料,則另一極無(wú)需選擇循環(huán)性能較好的材料,浪費(fèi)。


正負(fù)極壓實(shí):


正負(fù)極壓實(shí)過(guò)高,雖然可以提高電芯的能量密度,但是也會(huì)一定程度上降低材料的循環(huán)性能。從理論來(lái)分析,壓實(shí)越大,相當(dāng)于對(duì)材料的結(jié)構(gòu)破壞越大,而材料的結(jié)構(gòu)是保證鋰離子電池可以循環(huán)使用的基礎(chǔ);此外,正負(fù)極壓實(shí)較高的電芯難以保證較高的保液量,而保液量是電芯完成正常循環(huán)或更多次的循環(huán)的基礎(chǔ)。


水分:


過(guò)多的水分會(huì)與正負(fù)極活性物質(zhì)發(fā)生副反應(yīng)、破壞其結(jié)構(gòu)進(jìn)而影響循環(huán),同時(shí)水分過(guò)多也不利于SEI膜的形成。但在痕量的水分難以除去的同時(shí),痕量的水也可以一定程度上保證電芯的性能??上奈鋵?duì)這個(gè)方面的切身相關(guān)經(jīng)驗(yàn)幾乎為零,說(shuō)不出太多的東西。大家有興趣可以搜一搜論壇里面有關(guān)這個(gè)話(huà)題的資料,還是不少的。

過(guò)針刺 低溫防爆18650 2200mah
符合Exic IIB T4 Gc防爆標(biāo)準(zhǔn)

充電溫度:0~45℃
-放電溫度:-40~+55℃
-40℃最大放電倍率:1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%

涂布膜密度:


單一變量的考慮膜密度對(duì)循環(huán)的影響幾乎是一個(gè)不可能的任務(wù)。膜密度不一致要么帶來(lái)容量的差異、要么是電芯卷繞或疊片層數(shù)的差異。對(duì)同型號(hào)同容量同材料的電芯而言,降低膜密度相當(dāng)于新增一層或多層卷繞或疊片層數(shù),對(duì)應(yīng)新增的隔膜可以吸收更多的電解液以保證循環(huán)??紤]到更薄的膜密度可以新增電芯的倍率性能、極片及裸電芯的烘烤除水也會(huì)容易些,當(dāng)然太薄的膜密度涂布時(shí)的誤差可能更難控制,活性物質(zhì)中的大顆粒也可能會(huì)對(duì)涂布、滾壓造成負(fù)面影響,更多的層數(shù)意味著更多的箔材和隔膜,進(jìn)而意味著更高的成本和更低的能量密度。所以,評(píng)估時(shí)也要均衡考量。


負(fù)極過(guò)量:


負(fù)極過(guò)量的原因除了要考慮首次不可逆容量的影響和涂布膜密度偏差之外,對(duì)循環(huán)性能的影響也是一個(gè)考量。關(guān)于鈷酸鋰加石墨體系而言,負(fù)極石墨成為循環(huán)過(guò)程中的短板一方較為常見(jiàn)。若負(fù)極過(guò)量不充足,電芯可能在循環(huán)前并不析鋰,但是循環(huán)幾百次后正極結(jié)構(gòu)變化甚微但是負(fù)極結(jié)構(gòu)被破壞嚴(yán)重而無(wú)法完全接收正極供應(yīng)的鋰離子從而析鋰,造成容量過(guò)早下降。


電解液量:

無(wú)人船智能鋰電池
IP67防水,充放電分口 安全可靠

標(biāo)稱(chēng)電壓:28.8V
標(biāo)稱(chēng)容量:34.3Ah
電池尺寸:(92.75±0.5)* (211±0.3)* (281±0.3)mm
應(yīng)用領(lǐng)域:勘探測(cè)繪、無(wú)人設(shè)備

電解液量不足對(duì)循環(huán)出現(xiàn)影響重要有三個(gè)原因,一是注液量不足,二是雖然注液量充足但是老化時(shí)間不夠或者正負(fù)極由于壓實(shí)過(guò)高等原因造成的浸液不充分,三是隨著循環(huán)電芯內(nèi)部電解液被消耗完畢。注液量不足和保液量不足文武之前寫(xiě)過(guò)《電解液缺失對(duì)電芯性能的影響》因而不再贅述。對(duì)第三點(diǎn),正負(fù)極特別是負(fù)極與電解液的匹配性的微觀(guān)表現(xiàn)為致密且穩(wěn)定的SEI的形成,而右眼可見(jiàn)的表現(xiàn),既為循環(huán)過(guò)程中電解液的消耗速度。不完整的SEI膜一方面無(wú)法有效阻止負(fù)極與電解液發(fā)生副反應(yīng)從而消耗電解液,一方面在SEI膜有缺陷的部位會(huì)隨著循環(huán)的進(jìn)行而重新生成SEI膜從而消耗可逆鋰源和電解液。不論是對(duì)循環(huán)成百甚至上千次的電芯還是關(guān)于幾十次既跳水的電芯,若循環(huán)前電解液充足而循環(huán)后電解液已經(jīng)消耗完畢,則新增電解液保有量很可能就可以一定程度上提高其循環(huán)性能。


測(cè)試的客觀(guān)條件:


測(cè)試過(guò)程中的充放電倍率、截止電壓、充電截止電流、測(cè)試中的過(guò)充過(guò)放、測(cè)試房溫度、測(cè)試過(guò)程中的突然中斷、測(cè)試點(diǎn)與電芯的接觸內(nèi)阻等外界因素,都會(huì)或多或少影響循環(huán)性能測(cè)試結(jié)果。另外,不同的材料對(duì)上述客觀(guān)因素的敏感程度各不相同,統(tǒng)一測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)并且了解共性及重要材料的特性應(yīng)該就足夠日常工作使用了。


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鉅大核心技術(shù)能力