不同荷电状态钛酸锂电池高温日历老化研究

钛酸锂电池因循环稳定性和安全性好等优点在能源存储领域具有潜在应用前景,然而目前关于其在高温条件下的日历老化研究报道较少。荷电状态和环境温度通常被认为是影响钛酸锂电池在日历老化过程中性能演化的关键参量。本工作以某商用圆柱形钛酸锂电池为研究对象,通过高温加速老化模拟实验,探究在不同荷电状态下(0%、50%、100%SOC)钛酸锂电池电化学性能演化规律及机理。实验结果表明,钛酸锂电池在高温日历老化过程中的健康状态与荷电状态存在强相关性,以不同荷电状态储存的电池,其容量呈现出随时间不同的变化趋势,其内在机理也有所不同。本工作主要揭示了荷电状态对高温储存下钛酸锂电池性能的影响规律和作用机理,对于钛酸锂电池未来在大规模储能应用中的运行维护具有一定科学指导意义。

高镍三元/硅氧碳软包电池在不同温度下的日历老化机制

由于电动汽车在大多数时间处于非工作状态,因此电池搁置期间的日历老化会对电池的寿命产生显著影响。高温加速实验是快速评价电池日历寿命的常用方法,为了获得可靠的高温加速老化实验结果,需要对不同温度条件下的电池衰减机理进行研究。以高镍三元/硅氧碳软包电池为研究对象,基于无损的电化学微分曲线分析和电池拆解验证,研究不同搁置温度对高镍/硅氧碳电池日历老化性能及老化机制的影响。结果表明:随着搁置温度的升高,电池老化速度逐渐加快,表现为容量加速衰减和直流内阻大幅增加。无损分析结果表明:活性锂损失和正极活性物质损失是电池日历老化的主要影响因素,随着温度升高,电池的活性锂损失程度和正极活性物质损失程度都有所增加,负极老化情况基本保持不变;进一步结合拆解验证结果表明:55℃下的高温搁置加速了正极材料性能的衰退,高温下正极NCM811材料颗粒出现内部裂纹和粉化,不宜作为电池搁置期间加速老化实验的加速因子。

磷酸铁锂电池老化研究探讨

磷酸铁锂电池的老化主要包括日历老化和循环老化。总结了近些年磷酸铁锂电池老化重要研究进展,梳理了磷酸铁锂电池循环老化机理和影响因素、日历老化机理和影响因素,探讨了磷酸铁锂电池老化的主要影响因素。日历老化主要受运行或存储时间、温度和荷电状态(SOC)的影响。循环老化主要受运行温度、充放电倍率和放电深度影响。磷酸铁锂电池可以基于经典Arrhenius模型开展温度加速老化试验,但加速老化温度不宜超过60℃,加速循环倍率不宜超过3 C。为长寿命、高安全的磷酸铁锂电池储能系统设计提供了理论依据和设计参考。

锂离子电池的老化特性分析

锂离子电池存储寿命是性能评价的重要指标之一。以18650型锂离子电池为研究对象,开展加速老化试验,分析日历老化和循环老化两种方式对电池容量衰减、内阻增加的影响,分析环境温度、存储电压与荷电状态对电池老化效果影响,基于加速试验数据,建立电池寿命预测模型,经分析计算认为:日历老化是引起电池老化加速的主导因素,存储过程中日历老化程度与存储时间的0.5次方近似成线性关系。

EIS/DRT研究NCA锂离子电池满荷状态日历时效过程

利用电化学阻抗谱技术(EIS)结合弛豫时间分布技术(DRT)研究了25、55和70℃下LiNi_(0.8)Co_(0.15)Al_(0.05)O_(2)的日历时效过程。分别引入正、负极半电池和正、负极对称电池,研究正、负极对全电池阻抗的贡献,DRT辅助解析了EIS在10^(-1)~10^(4) Hz频率范围的不同时间常数的物理化学意义,建立并拟合等效电路模型(ECM)。结果显示,固态电解质界面膜(SEI)产生的阻抗是电池容量衰减的主要来源。利用FT-IR和XPS研究了正、负极的老化特征,采用扫描电镜观察正、负极表面和横截面在加速日历失效过程中的形貌变化。结果表明,负极产生的阻抗是电池性能下降的主要来源。

嵌钠深度对钠离子电池硬碳负极存储性能的影响

采用扣式半电池研究了嵌钠深度(SOC)对钠离子电池硬碳负极存储性能的影响,并用X射线光电子能谱(XPS)研究了存储过程中固体电解质界面(SEI)的老化机制。结果表明,高SOC状态下存储(>70%),硬碳活性钠的损失较高,存储6天活性钠损失高达30 mAh/g(占总容量的10%以上)。低SOC状态下有利于减缓存储的老化进程,相应的活性钠损失仅为0.7 mAh/g。这是因为在高SOC状态下,硬碳负极的电位与电解液还原电位之间存在较大的电位差,存储期间持续消耗电解液和活性钠生成大量有机组分,造成SEI厚度明显增加,从而增大界面阻抗;而低SOC存储期时,SEI的厚度增加并不明显,不稳定的有机成分转变成无机成分的重构过程主导了SEI的老化进程。

基于温度变化预测锂离子蓄电池老化的方法

通常很难将大型测量设备连接到车辆蓄电池上测量老化程度,而且测量时间有限。因此,开发了推测老化程度的简单预测方法。试验结果表明,该方法能够对日历老化进行随温度变化的高精度预测。

循环使用与储存条件对石墨/LiCoO_(2)电池寿命的影响分析

锂离子电池被广泛应用于能量储存,电池老化的影响在整个使用寿命中限制了其性能。一方面通过分析石墨/LiCoO_(2)电池在不同荷电状态(State of charge,SOC)范围采取循环试验的数据,量化了平均SOC和SOC的变化(ΔSOC)对锂离子电池可用容量衰减的影响,并建立循环老化模型;另一方面,通过分析石墨/LiCoO_(2)电池不同SOC储存状态和不同储存温度寿命试验数据,揭示了储存条件变化对锂电池健康状态衰退过程的影响规律,并建立日历老化模型。分析结果可以应用于电池实际循环使用和静置储存优化设置。

基于Arrhenius方程下EV用磷酸铁锂电池寿命预测

磷酸铁锂电池寿命作为一项评价电池性能的重要指标,逐渐成为提高电动汽车性能的关键技术。为了研究日历老化和循环老化对电池容量衰减的影响,提高纯电动汽车动力电池性能。以某电动汽车的磷酸铁锂电池作为研究对象,对其施加不同的加速应力、不同温度条件和变充放电倍率等参数,计算锂电池容量的衰减结果。以Arrhenius方程求解为基本手段,建立电动汽车循环工况下充放电模型,对磷酸铁锂电池寿命进行预测。计算与实验结果表明:在相同条件下,循环老化速率约是日历老化速率两倍;在日历老化和循环老化交替条件下,温度从25℃上升到35℃后,磷酸铁锂电池寿命降幅达66.66%;建议在磷酸铁锂电池使用中尽量减小充放电倍率,配备动力电池冷却系统。

考虑温度影响的铁路车辆用锂离子电池老化预测方法

针对锂离子电池的容量衰减,研究了基于威布尔分布定律的长期预测方法。但是,该方法仅限于恒温情况。因此,开发了一种允许改变温度条件的预测方法,与传统方法相比,预测结果更接近于实际。分别使用铁路车辆主电路及控制电路两种类型的电池模块进行了加速老化试验。试验结果表明,电池容量和内阻的计算值与实测值吻合较好。