اخبار شرکت مطالعه عملکرد تخلیه شارژ در دمای بالا و پایین باتری لیتیوم یونی

مطالعه عملکرد تخلیه شارژ در دمای بالا و پایین باتری لیتیوم یونی

باتری‌های لیتیوم یون با چگالی انرژی بالا، انعطاف‌پذیری طراحی، عمر چرخه طولانی، بدون اثر حافظه، سرعت تخلیه خود کم و بدون آلودگی به محیط زیست، به طور گسترده‌تری در تجهیزات الکترونیکی سیار، وسایل نقلیه الکتریکی، صنایع دفاع ملی و سایر زمینه های با تکنولوژی بالابا این حال، با توجه به محیط خشن خدمات در وسایل نقلیه الکتریکی، هوافضا و زمینه های نظامی، باتری لیتیوم یونی مورد نیاز است که در محدوده دمایی وسیعی مورد استفاده قرار گیرد که به دلیل عملکرد دمای بالا و پایین آن توجه زیادی را به خود جلب کرده است.این مقاله یک مدل بهبود یافته تحقیقات علمی تجاری داخلی باتری لیتیوم یون را به عنوان هدف تحقیقاتی در نظر می گیرد و عملکرد آن را در شرایط دمای بالا و پایین آزمایش می کند، که مرجع داده خاصی را برای تولیدکنندگان برای بهبود فناوری باتری فراهم می کند.

1. آزمایش کنید

1.1 ابزار و مواد

ابزارهای آزمایشی: سیستم تست عملکرد باتری با دقت بالا، محفظه تست ضد انفجار با دمای بالا و پایین ly-2480، محفظه تست ضد انفجار با دمای بالا و پایین ly-2800

باتری آزمایشی: سلول باتری خانگی، ولتاژ نامی 37 ولت، ظرفیت اسمی 11 ah.

1.2 روش ها و شرایط تجربی

(1) آماده سازی قبل از آزمون:

آ.باتری مورد استفاده در آزمایش به مدت 5 بار در دمای اتاق (2 ± 23) ℃ چرخه پایدار شد.شرایط شارژ و دشارژ: باتری را تا 4.2 ولت با جریان ثابت 3500 میلی آمپر و با ولتاژ ثابت 350 میلی آمپر شارژ کنید.بین شارژ و تخلیه به مدت 1 ساعت کنار بگذارید.تخلیه تا 27 ولت با جریان ثابت 3500 میلی آمپر.

بباتری به مدت 6 ساعت در دمای 20- و 65 درجه سانتیگراد نگه داشته شد و سپس آزمایشات شارژ و دشارژ در دماهای مختلف (20- و 65 درجه سانتیگراد) انجام شد.

(2) شارژ و تخلیه دمای بالا و پایین

باتری را در جعبه ضد انفجار با دمای بالا (65 ℃) یا جعبه تنظیم دما و رطوبت (- 20 ℃) ​​قرار دهید، آن را تا 42 ولت با جریان ثابت 3500 میلی آمپر و 350 میلی آمپر با ولتاژ ثابت شارژ کنید.بین شارژ و تخلیه به مدت 1 ساعت کنار بگذارید.دشارژ تا 2 7 ولت با جریان ثابت 3500 میلی آمپر.

2. نتایج تجربی و بحث

1.1 عملکرد تخلیه شارژ با دمای پایین باتری لیتیوم یون.

منحنی شارژ باتری در دمای اتاق (2 ± 23) ℃ و دمای پایین (20 ℃) ​​در شکل 1 نشان داده شده است.

جدول 1 مقادیر ظرفیت شارژ جریان ثابت و ولتاژ ثابت و ظرفیت شارژ کل باتری را در دمای اتاق و دمای پایین نشان می دهد.از شکل 1 و جدول 1 مشاهده می شود که در مقایسه با فرآیند شارژ دمای معمولی، ولتاژ پایانه باتری در فرآیند شارژ جریان ثابت در دمای پایین افزایش می یابد (احتمالاً به این دلیل که قطبش باتری در شرایط دمای پایین نسبتاً زیاد است. و تغییر ولتاژ مربوطه نسبتاً زیاد است)، زمان شارژ جریان ثابت کاهش می یابد و زمان شارژ ولتاژ ثابت به طور قابل توجهی طولانی می شود و در نتیجه ولتاژ شارژ متوسط ​​باتری افزایش می یابد و راندمان شارژ کاهش می یابد.در دمای اتاق، نسبت ظرفیت شارژ جریان ثابت به ظرفیت شارژ کل 52٪ است.هنگامی که دما به - 20 ℃ کاهش می یابد، نسبت ظرفیت شارژ جریان ثابت به ظرفیت شارژ کل تنها 6.2٪ است.تجزیه و تحلیل علت: در دمای پایین، فعالیت شیمیایی مواد فعال در باتری کاهش می یابد.بخشی از حلال در الکترولیت جامد می شود و در نتیجه تعداد جابجایی روشنایی کاهش می یابد و هدایت الکتریکی کاهش می یابد.در فرآیند شارژ باتری، مقدار زیادی رسوب لیتیوم فلزی رخ می دهد، قطبش غلظت افزایش می یابد و ولتاژ به سرعت افزایش می یابد.

منحنی های تخلیه باتری در دمای اتاق (2 ± 23) ℃ و دمای پایین - 20 ℃ در شکل 2 نشان داده شده است.

از شکل می توان دریافت که در - 20 ℃، ولتاژ پایانه باتری لیتیوم یونی در هنگام تخلیه کاهش می یابد، ولتاژ تخلیه متوسط ​​کاهش می یابد و پلت فرم ولتاژ تخلیه سریعتر از دمای اتاق کاهش می یابد.این ممکن است به دلیل کاهش رسانایی یونی الکترولیت در دمای پایین و در نتیجه افزایش پلاریزاسیون اهمی، پلاریزاسیون غلظت و قطبش الکتروشیمیایی در دمای پایین باشد که به صورت کاهش ولتاژ تخلیه در منحنی تخلیه باتری نشان داده می شود.برای ظرفیت آن، به دلیل راندمان شارژ پایین در دمای پایین، ظرفیت تخلیه آن نیز به همان نسبت کاهش می یابد.از نقطه نظر میکروسکوپی باتری، شارژ در دمای پایین (<0 ℃) منجر به کاهش یون های لیتیوم به دندریت های لیتیوم فلزی می شود.این دندریت فلزی لیتیوم دارای زوایای تیز است و به راحتی دیافراگم داخلی باتری را سوراخ می کند و باعث ایجاد اتصال کوتاه در باتری می شود که خطرات ایمنی بالقوه خاصی دارد.

منحنی های شارژ باتری در دمای اتاق (2 ± 23) ℃ و دمای بالا 65 ℃ در شکل 3 نشان داده شده است.

جدول 2 مقادیر جریان ثابت، ظرفیت شارژ ولتاژ ثابت و ظرفیت شارژ کل باتری را در دمای اتاق و دمای پایین نشان می دهد.

از شکل 3 و جدول 2 می توان دید که در مقایسه با فرآیند شارژ دمای معمولی، ولتاژ شارژ باتری در دمای بالا به سرعت به ولتاژ حد شارژ افزایش می یابد.زمان شارژ جریان ثابت به وضوح کاهش می یابد، در حالی که زمان شارژ ولتاژ ثابت تقریبا 0 است و کل فرآیند شارژ به سرعت به پایان می رسد.پس از اینکه باتری برای مدتی در دمای 65 درجه سانتیگراد ذخیره شد، ظرفیت شارژ در این شرایط تنها 20.8٪ از دمای معمولی است.این ممکن است به دلیل تغییر لایه SEI روی سطح مواد مثبت و منفی باتری هنگام شارژ در دمای بالا، واکنش‌های جانبی خاصی از الکترولیت در دمای بالا، کاهش مقدار لیتیوم فعال و برخی تغییرات غیرقابل برگشت باشد. در ساختار داخلی باتری و در نتیجه مقاومت داخلی باتری افزایش می یابد.در عین حال، برخی از مواد افزودنی موجود در باتری برای بهبود عملکرد باتری در دمای اتاق مفید هستند، اما ممکن است در دمای بالا اثر مشابهی نداشته باشند.

منحنی های تخلیه باتری در دمای اتاق (2 ± 23) ℃ و دمای بالا 65 ℃ در شکل 4 نشان داده شده است.

از شکل مشاهده می شود که در دمای 65 ℃، ولتاژ شروع تخلیه باتری لیتیوم یون به طور قابل توجهی کاهش می یابد و زمان تخلیه کاهش می یابد.در عین حال به دلیل کاهش ظرفیت پذیرش شارژ، ظرفیت شارژ کاهش می یابد، بنابراین ظرفیت تخلیه کم است.سپس باتری برای مدتی در دمای اتاق قرار گرفت.پس از پایداری، آزمایش شارژ و دشارژ انجام شد.مشخص شد که تغییر ناشی از دمای بالا برگشت ناپذیری جدی نشان داد.این ممکن است به دلیل تجزیه الکترولیت باتری در شرایط دمای بالا یا تغییرات غیرقابل برگشت در ساختار مواد باتری باشد که منجر به کاهش پلت فرم شارژ و ولتاژ تخلیه و ظرفیت در شرایط دمای بالا می شود.پس از شارژ و تخلیه باتری در دمای بالا، باتری در دمای اتاق قرار می گیرد و بدون تغییر شکل، انفجار و سایر پدیده ها مشاهده می شود.این شاخص ها الزامات استانداردهای باتری را برآورده می کنند.

3. نتیجه گیری

در این مقاله، عملکرد شارژ و دشارژ باتری در دمای پایین - 20 ℃ و دمای بالا 65 ℃ تست شده است.تحقیقات نشان می دهد که شکل باتری پس از کنار گذاشتن در دمای پایین - 20 ℃ تغییر نمی کند و ظرفیت شارژ در دمای پایین 83٪ از آن در دمای معمولی است.پس از کنار گذاشتن باتری در دمای 65 درجه سانتیگراد، ظرفیت شارژ شده در دمای بالا تنها 20.8٪ از دمای معمولی است و پس از بازگرداندن باتری به دمای معمولی، ظرفیت قابل بازیابی نیست.مشاهده می شود که عملکرد شارژ و دشارژ باتری در دمای پایین بهتر از عملکرد آن در دمای بالا است، اما هر دو از عملکرد شارژ و دشارژ دمای معمولی بدتر هستند.به دلایل خاص شارژ و دشارژ باتری در شرایط دمای بالا و پایین، در آزمایش‌های بعدی تحقیقات بیشتری انجام خواهیم داد.