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Le batterie agli ioni di litio hanno un'elevata tensione di lavoro (3 volte quella delle batterie Ni-MH e Ni-Cd), grande energia specifica (fino a 165 Wh / kg, 3 volte quella delle batterie Ni-MH), dimensioni ridotte, leggerezza, lunga ciclo di vita e Molti vantaggi, come bassa scarica, nessun effetto memoria e nessun inquinamento, sono favoriti dalle batterie al litio ferro fosfato nella nuova industria energetica. La durata del ciclo della batteria può raggiungere circa 3000 volte, la scarica è stabile ed è ampiamente utilizzata nelle batterie di alimentazione e nei campi di accumulo di energia. Tuttavia, la velocità della sua promozione e l'ampiezza e la profondità della sua applicazione non sono soddisfacenti. Oltre al prezzo e alla consistenza del lotto causati dal materiale stesso della batteria, i fattori che ne ostacolano la rapida promozione, anche le sue prestazioni di temperatura sono un fattore importante. Questo articolo esamina l'influenza della temperatura sulle prestazioni delle batterie al litio ferro fosfato, nonché le condizioni di carica e scarica del pacco batteria ad alte e basse temperature.
Si può vedere dalla durata del ciclo della batteria testata a temperatura ambiente che la batteria al litio ferro fosfato ha un vantaggio di lunga durata. Al momento, si ottengono 3314 cicli e il tasso di ritenzione della capacità è ancora del 90% e la fine del ciclo di vita dell'80% può essere di circa 4000 volte.
1. Circolazione del monomero
È stato completato: 3314cyc, con un tasso di ritenzione della capacità del 90%.
Colpito dalla tecnologia di elaborazione della cella della batteria e dalla tecnologia di raggruppamento del modulo, l'inconsistenza delle batterie si è formata dopo il completamento del PACK. Più sofisticato è il processo, minore è la resistenza interna del gruppo e minore è la differenza tra le celle. Il ciclo di vita dei seguenti moduli è il dato di base che la maggior parte dei fosfati di ferro di litio può ottenere attualmente. In questo modo, il BMS deve bilanciare regolarmente il pacco batteria durante l'uso per ridurre la differenza tra le celle e prolungare la durata della batteria.
2. Ciclo del modulo
È stato completato: 2834cyc, con un tasso di ritenzione della capacità del 67,26%.
A temperature elevate, la durata dell'invecchiamento della batteria viene accelerata.
1. Singola curva di carica e scarica
2. Singola curva di carica e scarica
Il ciclo ad alta temperatura viene completato a 1100 cicli e il tasso di ritenzione della capacità è del 73,8%.
A una temperatura di 0 ～ -20℃, la capacità di scarica della batteria è equivalente all'88,05%, 65,52% e 38,88% della capacità di scarica a una temperatura di 25℃; la tensione di scarica media è 3,134, 2,963 V e 2,788 V a sua volta, -20℃ tensione di scarica media È 0,431 V inferiore a quella a 25℃. Dall'analisi di cui sopra, si può vedere che al diminuire della temperatura, la tensione di scarica media e la capacità di scarica delle batterie agli ioni di litio diminuiscono, specialmente quando la temperatura è -20℃, la capacità di scarica e la tensione di scarica media della batteria diminuiscono Più veloce.
Figura 1 Curva di scarica della batteria al litio ferro fosfato a diverse temperature
Da un punto di vista elettrochimico, la resistenza della soluzione e la resistenza del film SEI non cambiano molto nell'intero intervallo di temperatura e hanno scarso impatto sulle prestazioni a bassa temperatura della batteria; la resistenza al trasferimento di carica aumenta in modo significativo con la diminuzione della temperatura e varia con la temperatura nell'intero intervallo di temperatura. Le modifiche sono significativamente maggiori rispetto alla resistenza alla soluzione e alla resistenza del film SEI. Questo perché al diminuire della temperatura, la conduttività ionica dell'elettrolita diminuisce e la resistenza del film SEI e la resistenza della reazione elettrochimica aumentano, determinando un aumento della polarizzazione ohmica, della polarizzazione della concentrazione e della polarizzazione elettrochimica a basse temperature. La curva di scarica della batteria mostra che la tensione media e la capacità di scarica diminuiscono entrambe al diminuire della temperatura.
Figura 2 Dopo aver caricato e scaricato la batteria 5 volte a bassa temperatura
Si può vedere dalla Figura 2 che dopo aver ciclato a -20℃ per 5 volte e continuato a farlo a 25℃, la capacità e la velocità di scarica della batteria vengono ridotte. Questo perché al diminuire della temperatura, la conduttività ionica dell'elettrolita diminuisce. L'aumento della polarizzazione ohmica, della polarizzazione della concentrazione e della polarizzazione elettrochimica durante la carica a bassa temperatura porta alla deposizione di litio metallico e alla decomposizione dell'elettrolita. Alla fine, il film SEI sulla superficie dell'elettrodo si ispessisce e la resistenza del film SEI aumenta, il che si manifesta nella curva di scarica quando la velocità di scarica e la capacità di scarica diminuiscono.
1. L'influenza della bassa temperatura sulle prestazioni del ciclo
Fig. 3 Curva di ciclo del tasso di scarica di 0.5C della batteria Li-ion a temperatura ambiente
Figura 4 Curva del ciclo della velocità di scarica di 0,5 C della batteria agli ioni di litio a -10℃
Si può vedere dalla figura che la capacità della batteria decade rapidamente in un ambiente di -10 ° C. Dopo 100 cicli, la capacità è di soli 59 mAh / ge la capacità diminuisce del 47,8%. La batteria che è stata scaricata a bassa temperatura viene posta a una temperatura normale per il test di carica-scarica per esaminare le prestazioni di recupero della capacità. La sua capacità è stata ripristinata a 70,8 mAh / g, con una perdita di capacità del 68%. Si può vedere che il ciclo a bassa temperatura della batteria ha un impatto maggiore sul recupero della capacità della batteria.
2. L'impatto della bassa temperatura sulle prestazioni di sicurezza
La carica della batteria agli ioni di litio è un processo in cui gli ioni di litio vengono estratti dall'elettrodo positivo attraverso la migrazione dell'elettrolito e inseriti nel materiale dell'elettrodo negativo. Gli ioni di litio polimerizzano all'elettrodo negativo e sei atomi di carbonio catturano uno ione di litio. A basse temperature, l'attività di reazione chimica diminuisce e la migrazione degli ioni di litio rallenta. Gli ioni di litio sulla superficie dell'elettrodo negativo non sono stati inseriti nell'elettrodo negativo e sono stati ridotti a litio metallico e precipitati sulla superficie dell'elettrodo negativo per formare dendriti di litio, che sono facili da perforare. Il diaframma provoca un cortocircuito nella batteria, che danneggia la batteria e provoca un incidente di sicurezza.
Può essere derivato dai dati di cui sopra, batterie al litio ferro fosfato sono notevolmente influenzati dalla temperatura. Nell'area di applicazione della batteria di potenza e nell'ambiente di applicazione in cui la temperatura ha un grande impatto, la gestione termica della batteria (raffreddamento ad aria, a liquido, ecc.) è necessaria per migliorare l'efficienza della batteria e prolungare la vita utile del sistema della batteria.
1. La qualità delle materie prime: in particolare, i materiali al litio ferro fosfato sono cose nuove e le apparecchiature di produzione e il processo di sintesi non sono sicuri e maturi e la qualità è soggetta a fluttuazioni, che influiscono sulla consistenza dei prodotti della batteria.
2. Ambiente di produzione: la batteria al litio ferro fosfato è un prodotto high-tech con molte materie prime chimiche e processi complicati. Il suo ambiente di produzione ha requisiti elevati in termini di temperatura, umidità, polvere, ecc. Se non è controllato in posizione, la qualità della batteria varierà.
3. Attrezzature di produzione: minore è il numero di ingredienti manuali nel processo di produzione e maggiore è il grado di automazione delle apparecchiature, migliore è la consistenza della batteria al litio ferro fosfato.
Per le batterie al litio ferro fosfato, sia lo scaricamento eccessivo che il sovraccarico danneggiano la capacità della batteria. Il modo corretto di utilizzare le batterie al litio è caricarle quando c'è carica residua; evitare di ricaricare quando l'energia è esaurita ed evitare il sovraccarico. La migliore temperatura di funzionamento per le batterie al litio è compresa tra 0 e 35 gradi Celsius. L'ambiente a bassa temperatura ridurrà l'attività degli ioni di litio, la capacità di scarica della batteria sarà indebolita e il tempo di utilizzo sarà ridotto. Se la batteria al litio si trova in un ambiente a bassa temperatura per un breve periodo, questo danno è solo temporaneo e non danneggerà la capacità della batteria. Quando la temperatura aumenta, le prestazioni riprenderanno.
Tuttavia, se la batteria al litio ferro fosfato viene utilizzata, caricata e scaricata a lungo in un ambiente a bassa temperatura, il litio metallico precipiterà sulla superficie dell'anodo della batteria. Questo processo è irreversibile e danneggerà in modo permanente la capacità della batteria.
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