隨著車用和儲(chǔ)能用鋰離子電池能量密度的不斷提高,鋰離子電池在其整個(gè)生命周期的安全性已成為這項(xiàng)技術(shù)持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵問題。電池在使用中出現(xiàn)的電濫用行為對(duì)其性能和安全性具有嚴(yán)重影響,然而輕度電濫用積累造成的影響常常由于短時(shí)間內(nèi)反饋不顯著而被忽略。本文針對(duì)鋰電池在電動(dòng)汽車和電網(wǎng)儲(chǔ)能實(shí)際使用中最可能遇到的輕度過放電現(xiàn)象,結(jié)合電化學(xué)測(cè)試、斷層掃描分析和材料表征技術(shù)進(jìn)行了"材料-電池-性能"多層級(jí)分析,并基于中子成像技術(shù)深入分析了輕度過放電積累對(duì)電池鋰元素狀態(tài)造成的影響。 

【文章來源】：儲(chǔ)能科學(xué)與技術(shù). 2020,9(02)CSCD

【文章頁(yè)數(shù)】：9 頁(yè)

【部分圖文】：

電池樣品在輕度過放電循環(huán)工況下放電容量隨循環(huán)次數(shù)的變化趨勢(shì)

圖1 電池樣品在輕度過放電循環(huán)工況下放電容量隨循環(huán)次數(shù)的變化趨勢(shì)從圖2可以看出，電池在第1次～第5次輕度過放電過程中，容量-電壓曲線形狀非常接近，具體為：電池電壓在下降至3.5 V左右達(dá)到工作電壓范圍內(nèi)的放電平臺(tái)，并在電壓下降至1.3 V左右時(shí)達(dá)到常規(guī)放電容量的105%，放電工步結(jié)束。而從第6次輕度過放電開始，電池的放電截止電壓出現(xiàn)了顯著下降，并在1.1 V左右出現(xiàn)了新的過放電電壓平臺(tái)；從第15次輕度過放電開始，電池電壓下降至0 V，并分別在1.1 V和0 V左右出現(xiàn)兩個(gè)過放電平臺(tái)�；谶^往文獻(xiàn)對(duì)于鋰離子電池過放電的研究，1.1 V和0 V左右出現(xiàn)兩個(gè)過放電平臺(tái)分別代表負(fù)極銅集流體被氧化為Cu2+的過程和金屬Cu在正極表面的沉積過程。另一方面，為了減少電池使用過程中副反應(yīng)造成的容量影響，商品化電池中鋰元素為理論值的1.05～1.1倍，因此在前幾次過放電循環(huán)中，雖然電池在低電壓下發(fā)生了不可逆反應(yīng)，但由于鋰元素的輕度過量，沒有出現(xiàn)顯著的容量衰減現(xiàn)象。然而，輕度過放電過程的積累是如何對(duì)商品化鋰電池的性能和安全性產(chǎn)生影響的，還需要進(jìn)一步探究。

電極結(jié)構(gòu)劣化會(huì)直接影響電池內(nèi)部的正負(fù)極接觸狀態(tài)，并導(dǎo)致內(nèi)阻變化，而這一變化會(huì)直接影響到電池在充放電過程中的熱穩(wěn)定性。為了分析電池在實(shí)際使用過程中的熱穩(wěn)定性變化，對(duì)經(jīng)過不同次數(shù)輕度過放電的電池樣品進(jìn)行等溫量熱（IBC）測(cè)試。具體測(cè)試方法為：分別將一只新鮮電池經(jīng)過了5次、10次、15次和19次輕度過放電，并在過放電之前和這4個(gè)次數(shù)節(jié)點(diǎn)后進(jìn)行等溫量熱測(cè)試，即在25℃條件下以1 C恒流恒壓方式充滿電并置于IBC設(shè)備中，待樣品溫度穩(wěn)定后，以0.5 C倍率進(jìn)行放電，測(cè)試該過程中的電池產(chǎn)熱功率。測(cè)試結(jié)果如圖5所示。從圖中可以看到，電池樣品在等溫狀態(tài)下的產(chǎn)熱功率曲線呈現(xiàn)“上升-穩(wěn)定-上升”的趨勢(shì)，其中穩(wěn)定階段對(duì)應(yīng)電池在3.5 V左右的放電平臺(tái)。放電時(shí)間在60 min（對(duì)應(yīng)電池SOC為50%狀態(tài)）時(shí)的產(chǎn)熱功率結(jié)果如表1所示。圖4 不同次數(shù)輕度過放電后電池樣品的CT掃描橫截面圖像

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]高比能量鋰離子電池硅基負(fù)極材料研究進(jìn)展[J]. 譚毅,王凱.  無(wú)機(jī)材料學(xué)報(bào). 2019(04)
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本文編號(hào)：3428529