Análisis sobre el deterioro y el mecanismo de disminución de la vida útil de la batería NCM

Las baterías de iones de litio irán acompañadas de una disminución continua de la capacidad reversible durante el proceso del ciclo, que eventualmente conducirá a la falla de las baterías de iones de litio, lo que resultará en más factores en la disminución de la capacidad reversible de las baterías de iones de litio. Generalmente, creemos que el crecimiento continuo de la membrana SEI es la principal causa del declive de las baterías de iones de litio. Además, la reducción de la capacidad reversible causada por la descomposición estructural del material del cátodo y la cromatografía de litio polar negativa son razones importantes para la disminución de la capacidad de las baterías de iones de litio, pero los sistemas específicos y las formas específicas de uso requieren un uso específico. análisis.

Recientemente, Yang Gao (primer autor) y JiuchunJiang (autor de la comunicación) de la Universidad Jiaotong de Beijing y otros apuntaron a las baterías NCM / de grafito al 0 - 20%, 20% - 40%, 40% - 60%, 60% - 80%, 80% - 100% y 0 - 100% rango de SoC. Se analizó el mecanismo de declive y reclinación del ciclo 6C. El estudio encontró que el ciclo entre 0-20% conducirá a una mayor resistencia interna y menos pérdida de capacidad para las baterías de iones de litio, mientras que el ciclo del 80-100% dará como resultado más baterías. Pérdida de capacidad. El estudio del mecanismo de disminución muestra que la relación entre la pérdida de sustancias activas polares positivas y la pérdida de Li activo por debajo del 100% de DOD es equivalente, pero por debajo del 20% de DOD, la razón principal del declive de las baterías de iones de litio es la pérdida de Li activo.

Los parámetros de la batería utilizados en la prueba se muestran en la siguiente tabla. La capacidad de la batería es de 8 Ah, material NCM de polo positivo y material de grafito de polo negativo. La prueba se realizó utilizando equipo de prueba Arbin. Durante todo el ciclo, la batería se colocó en un termostato a 25 grados Celsius para reducir el impacto de la temperatura en el descenso de la batería.

Los datos de las baterías de iones de litio que circulan en diferentes rangos de SoC se muestran en la siguiente figura. Para comparar el rendimiento cíclico de las baterías con un 20% de DOD y un 100% de profundidad de descarga de DOD, el autor utiliza 5 ciclos de DOD al 20% como ciclo equivalente (la capacidad de descarga total es equivalente al 100% de DOD). a continuación, se puede ver que la tasa de caída en el ciclo es rápida y lenta. 80%, 100%] & GT; [20%, 40%] & GT; [40%, 60%] <UNK> [60%, 80%] & gt; [0, 20%] Los tres rangos de SoC en el medio están muy cerca de la tasa de caída. La capacidad de la batería de ciclo 100% DOD y 80% SoC-100% SoC decae significativamente más rápido que las otras baterías de ciclo DOD al 20%.

YangGao utiliza el método de corriente de pulso para medir la tendencia de la resistencia en el ciclo de la batería. Dado que la velocidad de respuesta de diferente impedancia dentro de la batería de iones de litio es diferente, la impedancia óhmica es generalmente la más rápida. Por lo tanto, el autor cree que la impedancia medida del orden de 10 mS es principalmente impedancia óhmica. La impedancia de polarización de la batería reacciona ligeramente más lentamente, por lo que la impedancia después de 10 mS contiene impedancia óhmica e impedancia de polarización de la batería, por lo que la impedancia óhmica y la impedancia de polarización dentro de la batería de iones de litio se pueden separar en función de estas características.

De los resultados de la prueba en la siguiente figura, la batería tiene un pequeño cambio en la impedancia cíclica de Zhongoumu, y la impedancia óhmica de la batería de 100% DOD y 0-20% ciclos de SoC es mayor que la de otras gamas de baterías, pero en contraste , la impedancia de polarización de la batería el aumento es más significativo. En la figura siguiente, se puede ver que el mayor aumento en la impedancia de polarización es la batería DOD al 100%, mientras que la impedancia de polarización de la batería SoC 0-20% en el ciclo DOD al 20% es la que más aumenta.

Después de completar la prueba de ciclo, YangGao realizó una prueba de capacidad con un aumento bajo de 0.05 C para eliminar la influencia de los factores de polarización, obtener la capacidad máxima reversible Cmax y luego descargar a diferentes tasas de aumento. Utilizando la capacidad máxima reversible menos la capacidad a diferentes aumentos, se obtiene la pérdida de volumen causada por la reducción de las características cinéticas. De acuerdo con los datos de prueba en la siguiente figura, la máxima pérdida de capacidad reversible es la más alta para las baterías en el ciclo SoC-100% SoC y la más baja para las baterías en el ciclo 0% -20% SoC, pero se puede encontrar en la figura B a continuación. . La batería de ciclo SoC 0% -20% tiene la mayor pérdida de capacidad debido a propiedades cinéticas deficientes. Esto muestra que la circulación en el rango de SoC alto conducirá a una gran pérdida de capacidad reversible de las baterías de iones de litio, y la circulación en el rango de SoC bajo conducirá a una seria disminución en las propiedades cinéticas de las baterías de iones de litio.

Para analizar el mecanismo de disminución de la capacidad que hace que las baterías de iones de litio circulen en diferentes rangos de SoC, YangGao utilizó el método de capacidad incremental ICA y el método de diferencia de voltaje DVA para analizar las baterías de iones de litio. En primer lugar, los autores utilizaron el método de batería de tres electrodos para medir los cambios de voltaje y las curvas dV / dQ y dQ / dV de los polos positivo y negativo en toda la batería durante el proceso de carga (como se muestra en la figura siguiente). Los amigos interesados pueden consultar nuestro artículo anterior "La poderosa herramienta de análisis del mecanismo de declive de Amway: curva dV / dQ"). En la Figura B a continuación, puede ver que hay dos picos principales en toda la batería. Toda la batería está dividida en tres regiones de reacción principales, y los picos principales de ambas provienen de los polos negativos. El autor divide la curva dV / dQ en varias partes en la figura B a continuación de acuerdo con la posición del pico característico.

Las siguientes figuras ay B muestran los cambios en la curva dV / dQ de la batería bajo la pérdida de diferentes Li activos. En la figura, se puede ver que la curva de voltaje del electrodo positivo de la batería de iones de litio no cambia significativamente cuando ocurre la pérdida de Li activa, pero el polo negativo de la curva se desplazará hacia la derecha. Las dos características generadas por el polo negativo se pueden ver en la figura B a continuación. La cima se desplaza hacia la derecha a medida que la pérdida de Li aumenta en general y cambia de forma. Las siguientes figuras C y D reflejan el efecto de la pérdida de sustancias activas polares positivas en la curva de voltaje. Puede verse en la figura que la pérdida de sustancias activas polares positivas no tiene ningún efecto sobre la curva de voltaje y la curva polar negativa de toda la batería. Al mismo tiempo, no hay ningún cambio significativo en los picos característicos de la curva dV / dQ. Esto se debe principalmente a que el Li activo en la batería de iones de litio es realmente insuficiente, por lo que la pérdida de una parte del material activo positivo no tendrá un gran impacto en la capacidad de la batería de iones de litio. De manera similar, en vista del exceso significativo del electrodo negativo, en el ciclo, una cierta cantidad de pérdida de material activo negativo no cambia significativamente la capacidad de toda la batería, pero provocará que los picos característicos en la curva dV / dQ turno y el área. Disminución.

Según los datos anteriores, YangGao cree que la capacidad de PareaI y NEpeakIII, así como la altura de NEpeakII, representan la pérdida de Li activo en las baterías de iones de litio, y la capacidad de PareaII representa principalmente la pérdida de sustancias activas positivas. La altura y la capacidad de NEpekI reflejan principalmente la pérdida de sustancias negativamente activas.

La siguiente figura muestra el cambio de picos característicos en el ciclo de las baterías de iones de litio. La siguiente figura muestra el cambio de PareaII en el ciclo, indicando principalmente la pérdida de sustancias activas polares positivas. La Figura B en la figura siguiente refleja principalmente la pérdida de Li activo. En la figura, se puede ver que la pérdida de sustancias polares positivas en el 100% del ciclo DOD es la mayor, mientras que la pérdida de Li activo en el 20% de las baterías del ciclo DOD es la mayor, y la pérdida de Li activo en el ciclo se acelera constantemente. La pérdida de sustancias activas polares positivas se desacelera constantemente, lo que indica que la pérdida de Li activo es el factor principal que provoca la disminución del 20% de la capacidad de la batería del DOD. Las siguientes figuras E y F indican cambios en la altura y capacidad de NEpekI, respectivamente, lo que refleja la pérdida de sustancias activas polares negativas. En la figura, se puede ver que se producen pérdidas de material activo más negativas en las baterías que circulan en el 0-20% del ciclo. Sin embargo, en comparación con la pérdida de Li activo y la pérdida de sustancias activas polares positivas, la pérdida de sustancias activas polares negativas es aún mucho menor, lo que indica que la pérdida de sustancias activas negativas en baterías NCM / grafito no es el factor principal que conduce al declive de la capacidad reversible.

En general, para una batería de ciclo DOD al 20%, la pérdida de Li activo es el factor principal que conduce a la disminución de la capacidad reversible, mientras que para una batería de ciclo DOD al 100%, la pérdida de materia activa y la pérdida de Li activo son los factores principales. causas de su capacidad reversible. El factor importante del declive.

El trabajo de YangGao muestra que diferentes sistemas de uso pueden conducir a diferentes mecanismos de descomposición. La capacidad de la batería del ciclo DOD del 20% tiene una disminución más lenta, pero la resistencia interna ha aumentado más rápido. Sin embargo, tanto la disminución de la capacidad como el aumento de la resistencia interna son más lentos que las baterías 100% DOD. Para una batería de ciclo DOD al 20%, la pérdida de Li activo es la principal causa de pérdida de capacidad reversible, mientras que la pérdida del material activo positivo de la batería del ciclo DOD al 100% y la pérdida de Li activo son los factores principales para el declive de la batería reversible. capacidad.

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