Analyse des Rückgangs und des Abnahmemechanismus der Lebensdauer der NCM-Batterie

Lithium-Ionen-Batterien gehen während des Zyklus mit einem kontinuierlichen Rückgang der reversiblen Kapazität einher, was schließlich zum Ausfall von Lithium-Ionen-Batterien führt, was zu weiteren Faktoren für den Rückgang der reversiblen Kapazität von Lithium-Ionen-Batterien führt. Im Allgemeinen glauben wir, dass das kontinuierliche Wachstum der SEI-Membran die Hauptursache für den Rückgang der Lithium-Ionen-Batterien ist. Darüber hinaus sind die durch den strukturellen Zerfall des Kathodenmaterials verursachte Verringerung der reversiblen Kapazität und die negative polare Lithiumchromatographie wichtige Gründe für den Kapazitätsabfall von Lithium-Ionen-Batterien. Spezifische Systeme und spezifische Verwendungsmöglichkeiten erfordern jedoch gezielte Maßnahmen Analyse.

Kürzlich haben Yang Gao (Erstautor) und JiuchunJiang (Kommunikationsautor) der Beijing Jiaotong University und andere NCM / Graphit-Batterien auf 0 - 20%, 20% - 40%, 40% - 60%, 60% - ausgerichtet. 80%, 80% - 100% und 0 - 100% SoC-Bereich. Der Abnahme- und Neigungsmechanismus des 6C-Zyklus wurde analysiert. Die Studie ergab, dass der Zyklus zwischen 0 und 20% zu mehr Innenwiderstand und weniger Kapazitätsverlust für Lithium-Ionen-Batterien führt, während der Zyklus von 80 bis 100% zu mehr Batterien führt. Kapazitätsverlust. Die Untersuchung des Mechanismus des Rückgangs zeigt, dass das Verhältnis des Verlusts an positiven polaren Wirkstoffen und des Verlusts an aktivem Li unter 100% DOD äquivalent ist, unter 20% DOD jedoch der Hauptgrund für den Rückgang von Lithium-Ionen-Batterien ist der Verlust von aktivem Li.

Die im Test verwendeten Batterieparameter sind in der folgenden Tabelle aufgeführt. Die Batteriekapazität beträgt 8 Ah, positivpoliges NCM-Material und negativpoliges Graphitmaterial. Der Test wurde unter Verwendung von Arbin-Testgeräten durchgeführt. Während des gesamten Zyklus wurde die Batterie bei 25 Grad Celsius in einen Thermostat gestellt, um den Einfluss der Temperatur auf den Batterieabfall zu verringern.

Die Daten von Lithium-Ionen-Batterien, die in verschiedenen SoC-Bereichen zirkulieren, sind in der folgenden Abbildung dargestellt. Um die Zyklusleistung von Batterien mit 20% DOD und 100% DOD-Entladungstiefe zu vergleichen, verwendet der Autor 5 20% DOD-Zyklen als äquivalenten Zyklus (die Gesamtentladekapazität entspricht 100% DOD).), Aus der Abbildung unten ist zu sehen, dass die Abklingrate im Zyklus schnell und langsam ist. 80%, 100%] & GT; [20%, 40%] & GT; [40%, 60%] <UNK> [60%, 80%] & gt; [0, 20%] Die drei SoC-Bereiche in der Mitte liegen sehr nahe an der Abklingrate. Die Batteriekapazität des 100% DOD- und 80% SoC-100% SoC-Zyklus nimmt erheblich schneller ab als die anderen 20% DOD-Zyklusbatterien.

YangGao verwendet die Pulsstrommethode, um den Widerstandstrend im Zyklus in der Batterie zu messen. Da die Reaktionsgeschwindigkeit unterschiedlicher Impedanzen innerhalb der Lithium-Ionen-Batterie unterschiedlich ist, ist die ohmsche Impedanz im Allgemeinen die schnellste. Daher glaubt der Autor, dass die in der Größenordnung von 10 ms gemessene Impedanz hauptsächlich eine ohmsche Impedanz ist. Die Batteriepolarisationsimpedanz reagiert etwas langsamer, so dass die Impedanz nach 10 ms eine ohmsche Impedanz und eine Batteriepolarisationsimpedanz enthält, so dass die ohmsche Impedanz und die Polarisationsimpedanz innerhalb der Lithium-Ionen-Batterie basierend auf diesen Eigenschaften getrennt werden können.

Aus den Testergebnissen in der folgenden Abbildung geht hervor, dass die Batterie eine geringe Änderung der zyklischen Zhongoumu-Impedanz aufweist und die ohmsche Impedanz der Batterie mit 100% DOD und 0-20% SoC-Zyklen höher ist als die anderer Batteriebereiche, jedoch im Gegensatz dazu Bei der Batteriepolarisationsimpedanz ist der Anstieg signifikanter. Aus der folgenden Abbildung ist ersichtlich, dass der größte Anstieg der Polarisationsimpedanz die 100% DOD-Batterie ist, während die Polarisationsimpedanz der 0-20% SoC-Batterie im 20% DOD-Zyklus am stärksten zunimmt.

Nach Abschluss des Zyklustests führte YangGao einen Kapazitätstest bei geringer Vergrößerung von 0,05 ° C durch, um den Einfluss von Polarisationsfaktoren zu eliminieren, die maximale reversible Kapazität Cmax zu erhalten und dann mit unterschiedlichen Vergrößerungsraten zu entladen. Unter Verwendung der maximalen reversiblen Kapazität abzüglich der Kapazität bei unterschiedlicher Vergrößerung wird der Volumenverlust erhalten, der durch die Verringerung der kinetischen Eigenschaften verursacht wird. Gemäß den Testdaten in der folgenden Abbildung ist der maximale reversible Kapazitätsverlust für Batterien im SoC-100% SoC-Zyklus am höchsten und für Batterien im 0% -20% SoC-Zyklus am niedrigsten, ist jedoch in Abbildung B unten zu finden . Die 0% -20% SoC-Zyklusbatterie weist aufgrund schlechter kinetischer Eigenschaften den größten Kapazitätsverlust auf. Dies zeigt, dass die Zirkulation im hohen SoC-Bereich zu einem großen Verlust der reversiblen Kapazität von Lithium-Ionen-Batterien führt und die Zirkulation im niedrigen SoC-Bereich zu einem ernsthaften Rückgang der kinetischen Eigenschaften von Lithium-Ionen-Batterien führt.

Um den Mechanismus des Kapazitätsabfalls zu analysieren, der dazu führt, dass Lithium-Ionen-Batterien in verschiedenen SoC-Bereichen zirkulieren, verwendete YangGao die inkrementelle Kapazitätsmethode ICA und die Spannungsdifferenzmethode DVA, um Lithium-Ionen-Batterien zu analysieren. Zunächst verwendeten die Autoren die Drei-Elektroden-Batteriemethode, um die Spannungsänderungen und die dV / dQ- und dQ / dV-Kurven der positiven und negativen Pole in der gesamten Batterie während des Ladevorgangs zu messen (siehe Abbildung unten). Interessierte Freunde können sich unseren vorherigen Artikel "Amways leistungsstarkes Tool zur Analyse von Abnahmemechanismen (dV / dQ-Kurve") ansehen. In Abbildung B unten sehen Sie, dass die gesamte Batterie zwei Hauptspitzen aufweist. Die gesamte Batterie ist in drei Hauptreaktionsbereiche unterteilt, und die Hauptpeaks von beiden stammen von den negativen Polen. Der Autor unterteilt die dV / dQ-Kurve in Abbildung B in mehrere Teile entsprechend der Position des charakteristischen Peaks.

Die folgenden Abbildungen a und B zeigen die Änderungen der dV / dQ-Kurve der Batterie unter dem Verlust verschiedener aktiver Li. Aus der Figur ist ersichtlich, dass sich die positive Elektrodenspannungskurve der Lithium-Ionen-Batterie nicht signifikant ändert, wenn der aktive Li-Verlust auftritt, aber der negative Pol, den die Kurve nach rechts verschiebt. Die beiden vom negativen Pol erzeugten Merkmale sind in Abbildung B unten zu sehen. Der Gipfel verschiebt sich nach rechts, da Lis Verlust insgesamt zunimmt und sich seine Form ändert. Die folgenden Abbildungen C und D spiegeln die Auswirkung des Verlusts positiver polarer Wirkstoffe auf die Spannungskurve wider. Aus der Abbildung ist ersichtlich, dass der Verlust an positiven polaren Wirkstoffen keinen Einfluss auf die Spannungskurve und die negative Polarkurve der gesamten Batterie hat. Gleichzeitig gibt es keine signifikante Änderung der charakteristischen Peaks in der dV / dQ-Kurve. Dies liegt hauptsächlich daran, dass das aktive Li in der Lithium-Ionen-Batterie tatsächlich unzureichend ist, so dass der Verlust eines Teils des positiven aktiven Materials keinen großen Einfluss auf die Kapazität der Lithium-Ionen-Batterie hat. In ähnlicher Weise ändert im Hinblick auf den signifikanten Überschuss der negativen Elektrode im Zyklus ein bestimmter Betrag an negativem Aktivmaterialverlust die Kapazität der gesamten Batterie nicht signifikant, führt jedoch dazu, dass die charakteristischen Spitzen in der dV / dQ-Kurve zu Verschiebung und die Fläche. Verringern.

Nach den obigen Daten ist YangGao der Ansicht, dass die Kapazität von PareaI und NEpeakIII sowie die Höhe von NEpeakII den Verlust von aktivem Li in Lithium-Ionen-Batterien darstellen und die Kapazität von PareaII hauptsächlich den Verlust von positiven Wirkstoffen darstellt. Die Höhe und Kapazität von NEpekI spiegeln hauptsächlich den Verlust von negativ aktiven Substanzen wider.

Die folgende Abbildung zeigt die Änderung der charakteristischen Peaks im Zyklus von Lithium-Ionen-Batterien. Die folgende Abbildung zeigt die Änderung von PareaII im Zyklus, was hauptsächlich auf den Verlust positiver polarer Wirkstoffe hinweist. Abbildung B in der folgenden Abbildung spiegelt hauptsächlich den Verlust an aktivem Li wider. Aus der Figur ist ersichtlich, dass der Verlust an positiven polaren Substanzen in 100% des DOD-Zyklus am größten ist, während der Verlust an aktivem Li in 20% der Batterien im DOD-Zyklus am größten ist und der Verlust an aktivem Li im Zyklus beschleunigt sich ständig. Der Verlust an positiven polaren Wirkstoffen verlangsamt sich ständig, was darauf hinweist, dass der Verlust an aktivem Li der Hauptfaktor ist, der den Rückgang von 20% der DOD-Batteriekapazität verursacht. Die folgenden Abbildungen E und F zeigen Änderungen der Höhe und Kapazität von NEpekI, die den Verlust von negativen polaren Wirkstoffen widerspiegeln. Aus der Figur ist ersichtlich, dass in Batterien, die in 0 bis 20% des Zyklus zirkulieren, mehr negative Aktivmaterialverluste auftreten. Verglichen mit dem Verlust an aktivem Li und dem Verlust an positiven polaren Wirkstoffen ist der Verlust an negativen polaren Wirkstoffen jedoch immer noch viel geringer, was darauf hinweist, dass der Verlust an negativen Wirkstoffen in NCM / Graphit-Batterien nicht der Hauptfaktor ist zum Rückgang der reversiblen Kapazität.

Im Allgemeinen ist bei einer Batterie mit 20% DOD-Zyklus der Verlust an aktivem Li der Hauptfaktor, der zum Rückgang der reversiblen Kapazität führt, während bei einer Batterie mit 100% DOD-Zyklus der Verlust an aktiver Materie und der Verlust an aktivem Li die Ursache sind Ursachen seiner reversiblen Kapazität. Der wichtige Faktor des Niedergangs.

Die Arbeit von YangGao zeigt, dass unterschiedliche Verwendungssysteme zu unterschiedlichen Zerfallsmechanismen führen können. Die Batteriekapazität des 20% DOD-Zyklus nimmt langsamer ab, aber der Innenwiderstand hat schneller zugenommen. Sowohl der Kapazitätsabfall als auch der Anstieg des Innenwiderstands sind jedoch langsamer als bei 100% DOD-Batterien. Bei einer Batterie mit 20% DOD-Zyklus ist der Verlust an aktivem Li die Hauptursache für den Verlust der reversiblen Kapazität, während der Verlust an positivem Material mit 100% DOD-Zyklus und der Verlust an aktivem Li die Hauptfaktoren für den Rückgang der reversiblen Batterie sind Kapazität.

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