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充電過程中電壓電流會影響三元鋰電池壽命嗎

鉅大LARGE  |  點擊量:2800次  |  2018年05月08日  

  一般而言我們常說的三元材料主要指的是NMC材料,也包含NCA材料,層狀材料的容量發揮受到其結構穩定性的影響,由于Ni3+的化學穩定性要比Co元素更好,因此在充電的過程中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相似的層狀結構,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,熱穩定性也要明顯好于LCO材料。


  一般而言我們常說的三元材料主要指的是NMC材料,也包含NCA材料,層狀材料的容量發揮受到其結構穩定性的影響,由于Ni3+的化學穩定性要比Co元素更好,因此在充電的過程中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。


  反過來,層狀氧化物正極材料結構穩定性還受到脫Li數量的影響,過量的脫Li可能會導致材料的層狀結構坍塌,因此為了保證NMC材料的結構穩定性需要對材料的充電截止電壓進行限制,保證材料的長期的循環穩定性。


  德國明斯特大學的JohannesKasnatscheew等人對NCM111和NCM532(兩款材料來自BMW集團)、NCM622和NCA(兩款材料來自Customcell)、NCM811(來自杉杉科技)材料的充電制度對其循環壽命和結構穩定性的影響進行了研究。

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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材料的脫鋰數量與充電截止電壓成正比,也就是說充電截止電壓越高NMC材料的脫鋰量也就越大,相應地材料的結構也就越不穩定。下圖為NCM811材料在不同的充電截止電壓下,循環性能曲線,可以看到提高截止電壓后,材料容量發揮明顯提高了,但是隨之而來的是材料衰降速度的加速。


  對比不同截止電壓下的循環數據后發現,4.6V截止電壓時雖然在第五次放電時比容量最高,但是在循環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,雖然會使的材料的容量獲得較大的提升,但卻會使的材料的循環穩定性發生明顯的下降,因此需要根據電池的設計壽命合理選擇充電截止電壓。


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