鉅大LARGE | 點(diǎn)擊量:660次 | 2019年06月10日
充電制度對(duì)鋰電池的壽命會(huì)不會(huì)有影響呢?
NMC材料的脫鋰數(shù)量與充電截止電壓成正比,也就是說(shuō)充電截止電壓越高NMC材料的脫鋰量也就越大,相應(yīng)地材料的結(jié)構(gòu)也就越不穩(wěn)定。NCM811材料在不同的充電截止電壓下,循環(huán)性能曲線,可以看到提高截止電壓后,材料容量發(fā)揮明顯提高了,但是隨之而來(lái)的是材料衰降速度的加速。
對(duì)比不同截止電壓下的循環(huán)數(shù)據(jù)后發(fā)現(xiàn),4.6V截止電壓時(shí)雖然在第五次放電時(shí)比容量最高,但是在循環(huán)53次后,其容量快速下降,低于4.5V和4.4V截止電壓下NMC111的容量。這表明一味的的提高充電截止電壓,雖然會(huì)使的材料的容量獲得較大的提升,但卻會(huì)使的材料的循環(huán)穩(wěn)定性發(fā)生明顯的下降,因此需要根據(jù)電池的設(shè)計(jì)壽命合理選擇充電截止電壓。
這僅僅是循環(huán)了53次后的數(shù)據(jù),隨著循環(huán)次數(shù)的增加,較高截止電壓下的材料由于衰降速度比較快,按照上圖的循環(huán)曲線的趨勢(shì),截止電壓最低時(shí),放電能量密度將會(huì)是最高的。此外從下圖可以看到,無(wú)論是哪種材料隨著充電截止電壓的升高都會(huì)導(dǎo)致容量衰降的加速,特別是Ni含量較低的NMC111、NMC532和NMC622材料受到截止電壓的影響更大,這表明Ni含量較低的幾款材料的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性更差一些。
環(huán)境溫度的影響
在鋰離子電池實(shí)際應(yīng)用中,材料的高溫穩(wěn)定性也是需要我們考慮的,JohannesKasnatscheew對(duì)NMC622、NMC811和NCA材料在常溫和60℃下的循環(huán)性能做了研究,結(jié)果如下圖所示。一般而言,提高溫度可以改善電池內(nèi)的動(dòng)力學(xué)條件,從而提高電池的性能,這一點(diǎn)從電池在60℃下的容量發(fā)揮可以明顯的看出來(lái),但是高溫會(huì)對(duì)材料的循環(huán)穩(wěn)定性產(chǎn)生一定的影響。
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%
例如在20℃常溫下,三種材料在前50次循環(huán),具有比較接近的循環(huán)性能,但是將溫度提高到60℃后,NMC811和NCA材料循環(huán)50次后的容量保持率明顯低于NMC622材料,這表明NMC622材料具有更高的熱穩(wěn)定性。三元鋰電池壽命是在使用到一定程度后,容量衰減程度比例所計(jì)算的,直接到容量壽命為零終止。業(yè)內(nèi)算法一般是三元鋰電池充滿電之后放電一次,這叫循環(huán)壽命。在使用過(guò)程中,鋰電池內(nèi)部發(fā)生不可逆化學(xué)反應(yīng)會(huì)造成電池容量的下降,比如使用不當(dāng)?shù)那闆r,或者極高溫或者極低溫情況下使用。比如電解液的分解,活性材料的失活,正負(fù)極結(jié)構(gòu)的坍塌導(dǎo)致鋰離子嵌入和脫嵌的數(shù)量減少等等。實(shí)驗(yàn)標(biāo)明,更高倍率的放電會(huì)導(dǎo)致容量更快的衰減,如果放電電流較低,電池電壓會(huì)接近平衡電壓,能釋放出更多的能量。
三元鋰電池理論壽命為1200次完全充放電,也就是完全循環(huán)壽命,按使用頻率來(lái)說(shuō),三天一次完全充放電,一年120次完全充放電,三元鋰電池使用壽命達(dá)到十年,即使使用過(guò)程中有損耗或者充放電天數(shù)減少,也可以達(dá)到八年,注意,這里說(shuō)的是容量壽命,在八年之后三元鋰電池的容量還會(huì)有百分之六十以上,這是標(biāo)準(zhǔn)性所在。
三元鋰電池的理論壽命,在商業(yè)化的可充電鋰電池中屬于中等。磷酸鐵鋰約為2000次,而鈦酸鋰據(jù)說(shuō)可以達(dá)到1萬(wàn)次循環(huán)。目前主流的電池廠家在其生產(chǎn)的三元電芯規(guī)格書(shū)中承諾大于500次(標(biāo)準(zhǔn)條件下充放電),但是電芯在配組做成電池包后,由于一致性問(wèn)題,主要是電壓和內(nèi)阻不可能完全一樣,其循環(huán)壽命大約為400次。廠家推薦SOC使用窗口為10%~90%,不建議進(jìn)行深度充放電,不然會(huì)對(duì)電池的正負(fù)極結(jié)構(gòu)造成不可逆的損傷,若是以淺充淺放來(lái)計(jì)算的話,循環(huán)壽命至少有1000次。另外,鋰電池若是經(jīng)常在高倍率和高溫環(huán)境下放電,電池壽命會(huì)大幅下降到不足200次。