鉅大LARGE | 點(diǎn)擊量:1009次 | 2021年04月09日
充電過(guò)程中電壓電流會(huì)不會(huì)影響三元鋰離子電池的壽命?
一般而言我們常說(shuō)的三元材料重要指的是NMC材料,也包含NCA材料,層狀材料的容量發(fā)揮受到其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的影響,由于Ni3+的化學(xué)穩(wěn)定性要比Co元素更好,因此在充電的過(guò)程中NMC材料也就能脫出更多的Li,使得材料的容量由較大的提升。
隨著鋰離子電池能量密度的不斷提升,傳統(tǒng)的鈷酸鋰材料正逐漸被容量更高的三元材料所取代,雖然三元材料具有與LCO相似的層狀結(jié)構(gòu),但是相比于LCO材料,三元材料不僅僅在材料的容量上獲得了很大的提升,熱穩(wěn)定性也要明顯好于LCO材料。
一般而言我們常說(shuō)的三元材料重要指的是NMC材料,也包含NCA材料,層狀材料的容量發(fā)揮受到其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的影響,由于Ni3+的化學(xué)穩(wěn)定性要比Co元素更好,因此在充電的過(guò)程中NMC材料也就能脫出更多的Li,使得材料的容量由較大的提升。
反過(guò)來(lái),層狀氧化物正極材料結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性還受到脫Li數(shù)量的影響,過(guò)量的脫Li可能會(huì)導(dǎo)致材料的層狀結(jié)構(gòu)坍塌,因此為了保證NMC材料的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性要對(duì)材料的充電截止電壓進(jìn)行限制,保證材料的長(zhǎng)期的循環(huán)穩(wěn)定性。
德國(guó)明斯特大學(xué)的JohannesKasnatscheew等人對(duì)NCM111和NCM532(兩款材料來(lái)自BMW集團(tuán))、NCM622和NCA(兩款材料來(lái)自Customcell)、NCM811(來(lái)自杉杉科技)材料的充電制度對(duì)其循環(huán)壽命和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的影響進(jìn)行了研究。
充電溫度:0~45℃
-放電溫度:-40~+55℃
-40℃最大放電倍率:1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
充電截止電壓的影響
NMC材料的脫鋰數(shù)量與充電截止電壓成正比,也就是說(shuō)充電截止電壓越高NMC材料的脫鋰量也就越大,相應(yīng)地材料的結(jié)構(gòu)也就越不穩(wěn)定。下圖為NCM811材料在不同的充電截止電壓下,循環(huán)性能曲線,可以看到提高截止電壓后,材料容量發(fā)揮明顯提高了,但是隨之而來(lái)的是材料衰降速度的加速。
比較不同截止電壓下的循環(huán)數(shù)據(jù)后發(fā)現(xiàn),4.6V截止電壓時(shí)雖然在第五次放電時(shí)比容量最高,但是在循環(huán)53次后,其容量快速下降,低于4.5V和4.4V截止電壓下NMC111的容量。這表明一味的的提高充電截止電壓,雖然會(huì)使的材料的容量獲得較大的提升,但卻會(huì)使的材料的循環(huán)穩(wěn)定性發(fā)生明顯的下降,因此要根據(jù)電池的設(shè)計(jì)壽命合理選擇充電截止電壓。
JohannesKasnatscheew對(duì)影響三元材料循環(huán)性能的因素進(jìn)行了分析,例如充電截止電壓和化成的電壓和電流,以及環(huán)境溫度對(duì)NMC和NCA材料循環(huán)性能的影響,從本質(zhì)上來(lái)說(shuō)隨著NMC材料脫鋰數(shù)量的新增,會(huì)導(dǎo)致材料的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性下降,影響循環(huán)性能。此外,高溫也會(huì)對(duì)材料的穩(wěn)定性出現(xiàn)負(fù)面的影響,從而導(dǎo)致材料循環(huán)性能下降。JohannesKasnatscheew還根據(jù)NMC材料的特性,設(shè)計(jì)了一種全新的充電制度,既截止容量限制,對(duì)充電電壓進(jìn)行調(diào)整保證電池每次充電的容量都是相同的,從而克服由于電池過(guò)電勢(shì)導(dǎo)致的充電容量和放電容量的衰降,很好的改善了電池的循環(huán)性能。