高镍硅碳18650色偷偷亚洲男人的天堂的存储衰降和自放电的不一致性分析
发布时间:2019-11-25 16:53:06
近年来,锂离子色偷偷亚洲男人的天堂凭借着在能量密度和循环寿命的优势在动力色偷偷亚洲男人的天堂领域得到了广泛的应用。不同于传统消费电子领域,动力色偷偷亚洲男人的天堂在使用中通常需要数百只甚至数千只单体色偷偷亚洲男人的天堂组合成为色偷偷亚洲男人的天堂组,因此影响动力色偷偷亚洲男人的天堂组使用寿命的因素不仅仅有单体色偷偷亚洲男人的天堂的使用寿命,锂离子色偷偷亚洲男人的天堂在使用过程中老化速度不一致和自放电速度不一致导致的单体色偷偷亚洲男人的天堂之间的差异也会显著的影响色偷偷亚洲男人的天堂组的使用寿命。


德国慕尼黑工业大学的I. Zilberman(第一作者,通讯作者)就对高镍三元/硅碳体系的18650色偷偷亚洲男人的天堂的老化和自放电的不一致性进行了研究和分析。


实验中采用的18650色偷偷亚洲男人的天堂为来自LG Chem的INR18650-MJ1高能量密度色偷偷亚洲男人的天堂,其容量为3.5Ah,能量密度可达259.6Wh/kg,作者将24个色偷偷亚洲男人的天堂在25℃的环境下存储10个月,为了表征色偷偷亚洲男人的天堂参数的不一致性变化,作者采用了统计学中标准差的概念(如下式所示),其中u为平均值,n为数据点的个数。



作者在存储过程中进行的试验如下表所示,



下图为作者最初购买的48只18650色偷偷亚洲男人的天堂经过上表所示的测试后,色偷偷亚洲男人的天堂的容量、内阻和重量数据的分布,最终作者从48只色偷偷亚洲男人的天堂中选择了24只色偷偷亚洲男人的天堂用于后续的存储测试。



电压差分曲线是分析锂离子色偷偷亚洲男人的天堂内部活性物质损失和活性Li损失的有效方法,电压差分曲线中不同的特征峰对应不同的材料相变,例如在下图2.17Ah处的特征峰对应的为负极LiC12与LiC6之间的相变,因此这一特征峰主要反映的是负极的特性,而在0.8Ah附近的特征峰也来自负极,两个特征峰之间的距离的变化则主要反映负极储Li能力的变化,因此我们可以利用0.8Ah和2.17Ah两个特征峰之间距离的变化来定量的表征负极储Li能力的变化,也就是我们通常所说的活性物质损失。而在0.3Ah和0.6Ah的特征峰则主要来自Si负极,因此我们可以用这两个峰之间的变化定量的分析负极中Si材料的损失。而在2.8Ah附近的高点和3.2Ah附近的低点之间的距离则反映额NCM正极的储Li的能力。



作者将挑选出的24只色偷偷亚洲男人的天堂放电到70%SoC,然后在25℃下存储了10个月,下图为色偷偷亚洲男人的天堂在存储前和存储后容量和内阻的变化。从测试结果来看,18650色偷偷亚洲男人的天堂在经过10个月的存储后,色偷偷亚洲男人的天堂的容量损失了5.7%,而色偷偷亚洲男人的天堂之间的容量偏差从最初的0.2%增加到了0.38%,几乎翻倍。而色偷偷亚洲男人的天堂的内阻在存储的过程中增加了4.6%,色偷偷亚洲男人的天堂之间的内阻偏差从0.68%轻微增加到了0.75%(如下表所示)。



由于色偷偷亚洲男人的天堂的容量衰降和内阻增加与时间之间呈现线性相关,因此作者对这些色偷偷亚洲男人的天堂的初始容量和内阻的不一致性进行了推断,表明开始时容量和内阻的不一致性分别为0.056%和0.624%,这表明LG的这一批色偷偷亚洲男人的天堂出厂前以容量为标准进行了匹配,因此容量偏差比较小,而内阻由于没有进行匹配,因此偏差则比较大。



色偷偷亚洲男人的天堂在存储和使用过程中除了色偷偷亚洲男人的天堂容量的不可逆变化外,还有一部分是通过色偷偷亚洲男人的天堂自放电发生的可逆容量损失。为了表征色偷偷亚洲男人的天堂自放电速度的差异,作者计算了不同色偷偷亚洲男人的天堂的自放电电流,从下图a能够看到相比于色偷偷亚洲男人的天堂容量和内阻偏差的变化,色偷偷亚洲男人的天堂自放电电流的不一致性要明显的更高,可达10.51%。



锂离子色偷偷亚洲男人的天堂自放电不仅会造成色偷偷亚洲男人的天堂SoC的变化,还会相应地造成色偷偷亚洲男人的天堂电压的变化,因此作者通过下图b所示的等效电路对色偷偷亚洲男人的天堂进行了模拟,等效电路中包含一个电流源和一个电压源(与色偷偷亚洲男人的天堂的SoC相关)。在锂离子色偷偷亚洲男人的天堂实际使用中为了满足色偷偷亚洲男人的天堂组对于容量的需求,通常会将多只单体色偷偷亚洲男人的天堂进行并联,在等效电路上相当于多个电流源并联,提供更大的供电能力,而并联不会对色偷偷亚洲男人的天堂的电压产生影响,因此我们可以采用一个电压源对色偷偷亚洲男人的天堂电压的变化进行模拟。



为了模拟在实际使用中最恶劣情况下单体色偷偷亚洲男人的天堂自放电对于色偷偷亚洲男人的天堂一致性的影响,作者模拟了自放电电流最小和最大的两只色偷偷亚洲男人的天堂并联在一起,在一年的存储过程中单体色偷偷亚洲男人的天堂电压的偏差的变化。由于存储温度对于色偷偷亚洲男人的天堂的自放电电流有较大的影响,因此作者分别采用了慕尼黑、洛杉矶和新加坡三地全年的气温变化,模拟了对色偷偷亚洲男人的天堂的影响(如下图所示)。开始的时候两种色偷偷亚洲男人的天堂的电压是相同的,色偷偷亚洲男人的天堂的SoC也都为90%,我们可以看到如果在慕尼黑经过一年的存储后两只色偷偷亚洲男人的天堂之间的电压偏差达到了1.2mV,在洛杉矶则为1.8mV,而在新加坡这一数值则达到了2.9mV。如果单体色偷偷亚洲男人的天堂的电压偏差大道2.9mV,则意味着色偷偷亚洲男人的天堂的容量偏差为5.25mAh,约占色偷偷亚洲男人的天堂容量的0.15%,因此不会对色偷偷亚洲男人的天堂的容量构成限制。



I. Zilberman的研究表明对于高镍/硅碳18650色偷偷亚洲男人的天堂而言,在存储过程中色偷偷亚洲男人的天堂容量的不一致性变化要明显大于色偷偷亚洲男人的天堂内阻不一致性的变化,色偷偷亚洲男人的天堂自放电引起的色偷偷亚洲男人的天堂电压的不一致性要明显高于色偷偷亚洲男人的天堂容量和内阻的不一致性,但是自放电造成的电压偏差仍然要低于色偷偷亚洲男人的天堂组均衡系统的启动标准,因此对于色偷偷亚洲男人的天堂组的性能不构成影响。


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Cell-to-cellvariation of calendar aging and reversible self-discharge in 18650 nickel-rich,silicon–graphite lithium-ion cells, Journalof Energy Storage 26 (2019) 100900, I.Zilberman, S. Ludwig, A. Jossen



稿件来源: 新能源leader
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