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      鋰離子電池的等效全循環次數

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      鋰離子電池的等效全循環次數

       

      鋰離子電池的性能會隨著使用出現不同程度的下降,這是一個緩慢、不可逆的變化過程。使用壽命是鋰離子電池的一個重要性能參數?,F行相關標準通常以標準的充放電循環試驗中的全壽命(80%容量保持率)周期循環次數的形式規定鋰離子電池的使用壽命,電池的循環曲線如圖1所示,當容量衰減至初始容量的80%時對應的循環次數就是電池的使用壽命。

       

      但實際運行中的工作條件與標準的充放電循環試驗差別很大,環境條件、工作倍率、充放電深度等常出現波動,因此在實際運行中無法直接以循環次數衡量鋰離子電池的使用壽命。

              

      比如一塊手機電池有100%的電量,一次把它用光到0%,然后再充電到100%,這就是一次充放循環。此時電池循環次數為1次,充電次數為1次。

              

      而第一次把它用剩到40%、然后充電到100%,第二次又用剩到60%、再充電到100%。這兩次使用,合起來也是一次完整的充放循環。此時電池循環次數為1次,但是充電次數為2次。

              

      因此,鋰離子電池的等效全循環次數定義為電池在各種工況條件下累積的容量除以電池的標稱容量所得到的計數值。一個完整的100%用電/充電循環過程,可以僅充電1次,也可以是2次、3次甚至更多次。但最終決定鋰電池壽命的,是80%初始容量時的等效全循環次數,而不是充電次數。

              

      采用等效全循環次數研究不同溫度、不同充放電深度和倍率下多種電池的使用壽命。是商用LFP, NCA和 NMC三種18650 電池在各種不同操作條件下以等效全循環次數為橫坐標的循環曲線,由圖可知,在實驗中, LFP電池表現出更長的循環壽命:2500~9000 EFC,大多數LFP電池還沒有達到80%容量;NCA電池壽命較差,為250至1500 EFC;NMC電池為200至2500 EFC。所有電池都表現出線性降解行為,在循環開始和結束時衰減速度略快。

              

      LFP, NCA和 NMC三種18650 電池在各種不同操作條件下以等效全循環次數為橫坐標的循環曲線

              

      再具體看電池對特定的循環條件的依賴性,,LFP電池的容量衰減速率隨著溫度的升高而增加,但NMC電池的容量衰減率隨著溫度的升高而降低。NCA電池在實驗范圍內沒有表現出強烈的溫度依賴性。

              

      所有電池容量衰減速率隨著放電深度的增加而增加。在(脫)插層過程中,石墨的體積變化更大,會增加應力和微裂紋。新形成的裂紋使電解質與鋰之間發生進一步反應,導致更多的SEI形成,活性鋰損失和容量衰減。

              

      由于快速體積變化對電極的壓力增加,預計更高的放電倍率將加速容量衰減,NMC 和 LFP 電池對放電倍率依賴性較低。然而, NCA電池的容量衰減隨著放電倍率的增加而降低。

              

       LFP、NCA和 NMC三種電池對溫度、充放電深度和倍率的依賴性

              

      以上研究表明,電池對溫度、放電深度和放電倍率依賴性的趨勢在不同的化學體系是不一樣的。一種化學體系中的依賴性不能廣泛地外推到所有鋰離子電池。在15 °C至35 °C溫度范圍內,LFP電池的容量衰減速率隨溫度的升高而增加,NMC電池的容量衰減速率降低,表明存在不同的顯性降解機制。NMC和NCA電池對放電深度的依賴性更強,對全SOC范圍循環的敏感性高于LFP電池。

              

      最后,再次說明一次充放電周期指的是鋰離子電池一次完整的充放電過程,也就是說當電池使用電量達到電池容量的100%,即完成了一個充電周期,但不一定通過一次充電完成。

       

       

       


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