Wie wirken sich Spannung und Strom auf die Lebensdauer der ternären Lithiumbatterie während des Ladevorgangs aus?

Mit der zunehmenden Energiedichte von lithium-ionen-batterien werden herkömmliche Lithium-Kobaltoxid-Materialien allmählich durch ternäre Materialien mit höherer Kapazität ersetzt. Obwohl ternäre Materialien im Vergleich zu LCO-Materialien eine ähnliche Schichtstruktur wie LCO aufweisen, verbessern ternäre Materialien nicht nur die Materialkapazität erheblich, sondern weisen auch eine bessere thermische Stabilität als LCO-Materialien auf.

Im Allgemeinen sind die ternären Materialien, auf die wir uns oft beziehen, hauptsächlich NMC-Materialien und NCA-Materialien. Die Kapazität von Schichtmaterialien wird durch die strukturelle Stabilität beeinflusst. Da Ni3 + chemisch stabiler als Co-Elemente ist, kann das NMC-Material auch während des Ladevorgangs mehr Li entfernen, so dass die Materialkapazität erheblich verbessert wird.

Die Stabilität der Schichtstruktur des Oxidkathodenmaterials wird wiederum durch die Li-Zahl beeinflusst, zu viel, um das Li abzunehmen, kann zum Zusammenbruch der Materialschichtstruktur führen, so dass zur Sicherstellung der Strukturstabilität des NMC-Materials eine Begrenzung erforderlich ist Materialladungs-Abschaltspannung, stellen Sie sicher, dass der Zyklus der Langzeitstabilität des Materials.

Johannes Kasnatscheew und andere von der Universität Münster über die Lebensdauer und Struktur von NCM111 und NCM532 (beide Materialien von BMW Group), NCM622 und NCA (zwei Materialien von Customcell), NCM811 (von Shanshan Technology) und die Auswirkungen von Stabilität wurden untersucht.

Der Einfluss der Ladungsabschaltspannung

NMC-Material mit Lithiumzahl ist proportional zur Ladungssperrspannung, dh je höher die Ladungssperrspannung des NMC-Materials ist, desto größer ist die Menge an Lithium, die Struktur des Materials und desto instabiler entsprechend. Unten für NCM811-Materialien unter unterschiedlicher Ladungsabschaltspannung, der Zyklusleistungskurve, sehen Sie den Anstieg nach der Abschaltspannung, die Materialkapazität deutlich erhöht, die Beschleunigung des Materialversagens gefolgt von der Abfallgeschwindigkeit.

Beim Vergleich der Zyklusdaten unter verschiedenen Abschaltspannungen wird festgestellt, dass die 4,6-V-Abschaltspannung bei der fünften Entladung die höchste spezifische Kapazität aufweist. Nach 53 Zyklen fällt ihre Kapazität jedoch schnell ab und der NMC111 liegt unter 4,5 V. und 4,4 V Abschaltspannungskapazität. Dies zeigt an, dass die Ladungsabschaltspannung blind verbessert wird, obwohl die Kapazität des Materials stark verbessert ist, aber die Zyklusstabilität des Materials erheblich verringert ist, so dass es notwendig ist, die Ladungsabschaltspannung gemäß der Konstruktion auszuwählen Lebensdauer der Batterie.

Unten für NMC111-, NMC532-, NMC622-, NMC811- und NCA-Material unter der unterschiedlichen Abschaltspannungsschleife 53-mal, Entladungsenergie und Entladungsenergie-Retentionskurve, ist in der Figur zu sehen, die Schleife 53-mal, Entladungsenergiedichte nicht durch die höchste Batteriespannung, die höchste für NMC811-Material, in 4,3 V Abschaltspannung, um die höchste Entladungsenergiedichte zu erhalten, NMC622 und NMC532, NCA-Materialien in Ladungsabschaltspannung von 4,4 V, um die höchste Entladungsenergiedichte, NMC111, zu erhalten Material gewann die höchste Energiedichte in 4,5 V.

Dies ist nur nach einem 53-Zyklus von Daten, mit der Zunahme der Zykluszeiten, ist eine höhere Abschaltspannung unter Materialien aufgrund des Versagens der Abfallgeschwindigkeit schneller, gemäß dem obigen Zyklus der Zykluskurve, als die niedrigste Spannung, Entladungsenergiedichte wird der höchste sein. Darüber hinaus können Sie auf dem Bild unten sehen, unabhängig davon, ob es sich um Materialien handelt, bei denen die Ladungsabschaltspannung zu einer Geschwindigkeitsabnahme führen kann, insbesondere bei NMC111-, NMC532- und NMC622-Materialien mit niedrigem Ni-Gehalt unter dem Einfluss des Schnitts -off Spannung ist größer, dies deutet darauf hin, dass ein niedriger Ni-Gehalt im Material einige weniger Strukturstabilität aufweist.

Der Einfluss der Umgebungstemperatur

Lithium - Ionen - Batterie der tatsächliche Anwendung, auch müssen wir die hohe Temperaturbeständigkeit der Materialien, Johannes Kasnatscheew NMC622, NMC811 und NCA Materialien unter normaler Temperatur 60 ℃ und Zyklusleistung prüfen , wird untersucht, die in der Figur gezeigt Ergebnisse unter. Im Allgemeinen kann eine Erhöhung der Temperatur den Zustand der Zelldynamik verbessern, so dass eine Verbesserung der Leistung der Batterie bis zu diesem Punkt von der Kapazität der Batterie unter 60 ° C offensichtlich ist, aber höhere Temperaturen haben Einfluss auf die Stabilität der Materialzirkulation.

In 20 ℃ unter Normaltemperatur, beispielsweise drei Arten von Materialien in dem ersten 50 - mal - Zyklus, in der Nähe des Zyklus der Leistung, aber die Temperatur auf 60 ℃, NMC811 und die Kapazität des NCA Stoffkreislaufes nach 50 mal zu erhöhen , Die Halterate ist signifikant niedriger als die des NMC622-Materials, was darauf hinweist, dass das NMC622-Material eine höhere thermische Stabilität aufweist.

Der Einfluss des Umformstroms auf die Zyklusleistung

Intelligente Steuerung des Ladesystems

Johannes Kasnatscheew analysierte die Faktoren, die die Zyklenleistung von ternären Materialien beeinflussen, wie z. B. die Abschaltspannung beim Laden und die Formationsspannung und den Formationsstrom sowie den Einfluss der Umgebungstemperatur auf die Zyklenleistung von NMC- und NCA-Materialien. Im Wesentlichen nimmt die strukturelle Stabilität der Materialien mit zunehmender Lithiumentfernung in NMC-Materialien ab, was sich auf die zyklische Leistung auswirkt. Darüber hinaus wirkt sich die hohe Temperatur auch negativ auf die Stabilität des Materials aus, was zu einer Verschlechterung der Materialzyklusleistung führt. Johannes Kasnatscheew entwarf auch ein neues Ladesystem gemäß den Eigenschaften des NMC-Materials, das die Kapazitätsgrenze abschneidet und die Ladespannung anpasst, um sicherzustellen, dass die Kapazität des akkus jedes Mal gleich ist, um den Rückgang der Ladekapazität zu überwinden und Entladekapazität, die durch das Überpotential der Batterie verursacht wird, und Verbesserung der Recyclingleistung der Batterie.

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