Die Leistung von Lithium-Ionen-Akkus bei hohen und niedrigen Temperaturen

Der von den vier Ministerien herausgegebene "Aktionsplan für die Entwicklung der Autobatterieindustrie" enthält auch ein Temperaturziel für die Nutzungsumgebung von Lithium-Ionen-Kraftzellen: ". Und ... und ... die Nutzungsumgebung erreicht - 30 ° C bis 55 ° C. Und ... und ... ". Die Temperaturanforderungen für die Leistungszelle werden hier vorgeschlagen: Die Batterie kann bei einer niedrigen Temperatur von -30 ° C und einer hohen Temperatur von 55 ° C verwendet werden, es wird jedoch nicht ausdrücklich angegeben, dass es sich um ein Batteriemonomer, -modul oder eine Batterie handelt Pack / System. Es gibt auch keine Erklärung dafür, wie die Batterie in diesem Temperaturbereich verwendet wird (oder die Leistungsanforderungen in diesem Temperaturbereich sind nicht angegeben), insbesondere die Anforderungen für niedrige Temperaturen von -30 ° C (z. B. Anforderungen an die Entladekapazität bei dieser Temperatur, Leistungsanforderungen) , etc.).

In Bezug auf die Anforderungen von Leistungszellen bei hohen oder niedrigen Temperaturen schauen wir uns zunächst an, wie die relevanten gesetzlichen Standards festgelegt sind:

1. QC / T743 -2006 Lithium-Ionen-Batterien für Elektrofahrzeuge. Dies ist der alte Batteriestandard, der zuvor implementiert wurde. Die Anforderungen in Bezug auf hohe und niedrige Temperaturen gelten hauptsächlich für Monomerbatterien:

· 20 ± 2 ° CC / 3-Entladekapazität mindestens 70% der Nennleistung

· 55 ± 2 ° CC / 3-Entladekapazität mindestens 95% der Nennleistung

· 55 ± 2 ° C 100% SOC-Lagerung 7 Tage nachdem die Ladungsretentionsrate nicht weniger als 80% beträgt, beträgt die Kapazitätswiederherstellung nicht weniger als 90%

2. GB / T31486-2015 Anforderungen an die elektrische Leistung der elektrischen Speicherbatterie und Prüfanforderungen für Elektrofahrzeuge. Dies ist die neueste nationale Standardanforderung für Monomerbatterien und -module. Die Leistungsanforderungen für Batteriemodule bei hohen und niedrigen Temperaturen sind:

Entladekapazität von 1 ° C bei -20 ± 2 ° C nicht weniger als 70% der Anfangskapazität

Entladekapazität von 1 ° C bei 55 ± 2 ° C mindestens 90% der Anfangskapazität

Nach 7 Tagen 100% iger SOC-Lagerung bei 55 ± 2 ° C darf die Ladungsretentionsrate nicht weniger als 85% der Anfangskapazität betragen, und die Kapazitätswiederherstellung darf nicht weniger als 90% der Anfangskapazität betragen.

3. GB / T31467.1 / 2 -2015 Lithium-Ionen-Aktivbatterien und -systeme für Elektrofahrzeuge Teil 1/2: Prüfverfahren für Anwendungen mit hoher Leistung / hoher Energie. Die Standardserie ist eine Anforderung für Akkus / Systeme und bietet nur Testmethoden und keine spezifischen Anforderungen. Die Anforderungen in Bezug auf hohe und niedrige Temperaturen sind:

:: Maximale und minimale Temperatur für Kapazitäts- und Energietests (dies ist eine kontinuierliche Entladung von 1 ° C): 40 ° C und -20 ° C.

:: Maximale und minimale Temperaturen für Leistungs- und Innenwiderstandsprüfungen (kurze Perioden hoher Stromentladung): 40 ° C und -20 ° C.

:: Kein angeschlossener Kapazitätsverlusttest mit einer Maximaltemperatur von 40 ° C.

:: Test auf Kapazitätsverlust bei Lagerung mit einer Maximaltemperatur von 45 ° C.

· Startleistungstest bei hoher und niedriger Temperatur, maximale Temperatur, minimale Temperatur: 40 ° C und -20 ° C.

:: Energieeffizienzprüfung, Maximaltemperatur, Minimaltemperatur: 40 ° C und -20 ° C.

Anhand der Maximal- und Minimalwerte können Sie sehen, dass die Temperaturanforderungen des aktuellen Standards wie folgt sind:

Batteriemonomere und -module: -20 ~ 55 ° C.

Batteriepack / Batteriesystem: -20 ~ 45 ° C.

Wenn wir die Ziele des Aktionsplans zur Förderung der Entwicklung der Autobatterieindustrie vergleichen, sehen wir:

1. Batteriemonomer / -modul

Das Hochtemperaturziel stimmt mit der aktuellen Hochtemperatur des Monomers / Moduls überein

:: Das Niedertemperaturziel liegt 10 ° C unter dem aktuellen Standard und erreicht -30 ° C.

2. Akku / System

Das Hochtemperaturziel ist 10 ° C höher als die aktuelle Batteriepack- / Systemtemperatur und erreicht 55 ° C.

:: Das Niedertemperaturziel liegt 10 ° C unter dem aktuellen Standard und erreicht -30 ° C.

Im Vergleich zu Raumtemperatur 20 ° C ist die Kapazitätsdämpfung bei -20 ° C bereits relativ offensichtlich. Bei -30 ° C ist der Kapazitätsverlust größer und bei -40 ° C ist die Kapazität weniger als die Hälfte.

Je niedriger die Temperatur ist, desto geringer ist die Leitfähigkeit des Batterieelektrolyten. Wenn die Leitfähigkeit abnimmt, nimmt die Fähigkeit der Lösung, aktive Ionen zu leiten, ab, wenn der Widerstand der inneren Reaktion der Batterie zunimmt (dieser Widerstand wird durch die Impedanz in der Elektrochemikalie ausgedrückt), was eine Abnahme der Entladekapazität verursacht, d. H. A. Kapazitätsabnahme. Durch Messen der Impedanz verschiedener Teile innerhalb der Batterie (positiv, negativ und Elektrolyt) kann außerdem der Einfluss jedes Teils auf die Impedanz der Batterie gesehen werden. Wenn die Temperatur etwa <-10 ° C beträgt, steigt die Grenzflächenimpedanz der positiven Elektrode und der negativen Elektrode (in der Abbildung Graphit) schnell an, und die Impedanz des Elektrolyten steigt nach etwa -20 ° C schnell an. Die integrierten Ergebnisse dieser Impedanzen werden als Batterien ausgedrückt. Die Impedanz steigt schnell um <-10 ° C an.

Saft, ein berühmtes französisches Batterieunternehmen, untersuchte die Auswirkung hoher Temperaturen auf die Batterieleistung durch zylindrische 2-Ah-Batterien (positives Material NCM, PVdF-Bindemittel, negatives Material Kohlenstoff, CMC / SBR-Bindemittel) und verglich die beiden Batterien bei unterschiedlichen Temperaturen. Die Situation:

· B2-Batterie-Zyklus zuerst 2 Mal bei 60 ° C, dann bei 85 ° C.

· B3-Batterie-Zyklus zweimal bei 60 ° C, dann bei 120 ° C.

Nachdem die B2-Batterie bei 85 ° C 26-mal zirkuliert hat, beträgt der Kapazitätsverlust etwa 7,5% und die Batterieimpedanz steigt um 100%. Nachdem die B3-Batterie 25 Mal bei 120 ° C recycelt wurde, beträgt der Kapazitätsverlust etwa 22% und die Batterieimpedanz steigt um bis zu 1115%.

Wechsel der positiven Elektrode der Batterie bei einer hohen Temperatur von 120 ° C. Bei 120 ° C wanderten einige der positiven polaren Bindemittel PVdF aus dem Teil 1-Bereich zur positiven Oberfläche, wodurch der Bindemittelgehalt im Teil 1-Bereich abnahm, und das NMC-Material des aktiven Materials verursachte die elektrochemische Reaktion aufgrund des Fehlens von Bindemitteln . Die Fähigkeit zu verringern. In der Pat2-Region ist dieser Teil der Hauptkörper des positiven Pols. Der Gehalt des Bindemittels ist normal, die hohe Temperatur hat wenig Einfluss und das aktive Material kann normal reagieren.

Die Wirkung der hohen Temperatur auf die negative Elektrode, den Anfangszustand der negativen Elektrode, nach dem Zyklus bei 85 ° C erscheint die gemeinsame Festelektrolytphase auf der negativen Elektrodenoberfläche (Fig. 6B negative Elektrodenoberfläche ist von neu erzeugtem Material bedeckt, was zu der Oberflächenmorphologie und der anfänglichen Morphologie führt. Unterschiedlich, einige kleine kugelförmige Materie. SEI: Solid Electronic Interface). Wenn die Temperatur auf 120 ° C ansteigt, wird mehr SEI (6C, die negative Oberfläche wird von mehr Partikeln bedeckt) erzeugt und mehr aktive Lithiumionen werden verbraucht, was zu einer Verringerung der Kapazität führt.

Im Allgemeinen können die Faktoren, die die hohe und niedrige Temperatur der Batterie beeinflussen, wie folgt zusammengefasst werden: die Leitfähigkeit des Elektrolyten, die Grenzflächenimpedanz und die SEI-Membran. Diese Faktoren wirken sich zusammen auf die Leistung der Batterie aus. Im Allgemeinen wird die Leitfähigkeit oder Leitfähigkeit jeder Komponente der Batterie erhöht (einschließlich der Auswahl eines leitfähigeren aktiven Materials, der Optimierung der Elektrolytzusammensetzung, der Verbesserung der negativen SEI-Membranzusammensetzung, der Hemmung der Auflösung positiver Oberflächensubstanzen usw.), wodurch die Gesamtimpedanz der Batterie. Es ist hilfreich, die Leistung bei hohen und niedrigen Temperaturen zu verbessern. Die Anpassungsfähigkeit von Lithium-Ionen-Batterien an die Temperatur ist die gleiche wie die des menschlichen Körpers. Zu hohe und zu niedrige Temperaturen fördern die maximale Funktion nicht. Die Auswahl geeigneter Materialien, die Optimierung des strukturellen Designs und die Anpassung geeigneter Verwendungsbedingungen können die Leistung voll ausspielen.

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