El rendimiento de la batería de iones de litio a alta y baja temperatura.

El "Plan de Acción para el Desarrollo de la Industria de las Baterías de Energía del Automóvil" emitido por los cuatro ministerios también incluye un objetivo de temperatura para el ambiente de uso de las celdas de energía de iones de litio: ". Y ... Y ... El ambiente de uso alcanza - 30 ° C a 55 ° C. Y ... Y ... ". Los requisitos de temperatura para la celda de potencia se proponen aquí: La batería se puede usar a una temperatura baja de -30 ° C y una temperatura alta de 55 ° C, pero no se indica explícitamente que es un monómero, módulo o batería de batería. paquete / sistema. Tampoco hay una explicación de cómo se usa la batería en este rango de temperatura (o no se indican los requisitos de rendimiento en este rango de temperatura), especialmente los requisitos de baja temperatura -30 ° C (como los requisitos de capacidad de descarga a esta temperatura, los requisitos de energía , etc.).

Con respecto a los requisitos de las celdas de potencia a altas o bajas temperaturas, veamos primero cómo se estipulan las normas reguladoras relevantes:

1. QC / T743 -2006 baterías de iones de litio para vehículos eléctricos. Este es el antiguo estándar de batería que se implementó anteriormente. Los requisitos relacionados con alta temperatura y baja temperatura son principalmente para baterías de monómero:

· 20 ± 2 ° CC / 3 capacidad de descarga no menos del 70% de la clasificación

· 55 ± 2 ° CC / 3 capacidad de descarga no menos del 95% de la clasificación

· 55 ± 2 ° C 100% de almacenamiento de SOC 7 días después de que la tasa de retención de carga no sea inferior al 80%, la recuperación de la capacidad no sea inferior al 90%

2. Requisitos de rendimiento eléctrico de la batería de almacenamiento eléctrico GB / T31486-2015 y requisitos de prueba para vehículos eléctricos. Este es el último requisito estándar nacional para baterías y módulos de monómero. Los requisitos de rendimiento de los módulos de batería a altas y bajas temperaturas son:

Capacidad de descarga de 1C a -20 ± 2 ° C no menos del 70% de la capacidad inicial

Capacidad de descarga de 1C a 55 ± 2 ° C no menos del 90% de la capacidad inicial

Después de 7 días de almacenamiento del 100% de SOC a 55 ± 2 ° C, la tasa de retención de carga no debe ser inferior al 85% de la capacidad inicial, y la recuperación de la capacidad no debe ser inferior al 90% de la capacidad inicial.

3. GB / T31467.1 / 2 -2015 Baterías y sistemas activos de iones de litio para vehículos eléctricos, parte 1/2: procedimientos de prueba de aplicaciones de alta potencia / alta energía. La serie estándar es un requisito para los paquetes / sistemas de baterías, proporcionando solo métodos de prueba y no requisitos específicos. Los requisitos relacionados con altas y bajas temperaturas son:

:: Temperatura máxima y mínima para pruebas de capacidad y energía (se trata de una descarga continua de 1C): 40 ° C y -20 ° C

:: Temperaturas máxima y mínima para pruebas de potencia y resistencia interna (cortos periodos de descarga de alta corriente): 40 ° C y -20 ° C

:: Sin prueba de pérdida de capacidad adjunta con una temperatura máxima de 40 ° C

:: Prueba de pérdida de capacidad en almacenamiento con una temperatura máxima de 45 ° C

· Prueba de potencia de arranque a alta y baja temperatura, temperatura máxima, temperatura mínima: 40 ° C y -20 ° C

:: Prueba de eficiencia energética, temperatura máxima, temperatura mínima: 40 ° C y -20 ° C

Tomando los valores máximo y mínimo, puede ver que los requisitos de temperatura del estándar actual son:

Módulos y monómeros de batería: -20 ~ 55 ° C

Paquete de batería / sistema de batería: -20 ~ 45 ° C

Comparando los objetivos del Plan de Acción para Promover el Desarrollo de la Industria de Baterías de Energía Automotriz, podemos ver:

1. Módulo / monómero de batería

El objetivo de alta temperatura es consistente con la alta temperatura actual del monómero / módulo

:: El objetivo de baja temperatura es 10 ° C más bajo que el estándar actual, alcanzando los -30 ° C

2. Paquete / sistema de batería

El objetivo de alta temperatura es 10 ° C más alto que la temperatura actual del paquete de batería / sistema, alcanzando los 55 ° C

:: El objetivo de baja temperatura es 10 ° C más bajo que el estándar actual, alcanzando los -30 ° C

En comparación con la temperatura ambiente de 20 ° C, la atenuación de la capacidad a -20 ° C ya es relativamente obvia. A -30 ° C, la pérdida de capacidad es mayor y a -40 ° C, la capacidad es menos de la mitad.

Cuanto menor sea la temperatura, menor será la conductividad del electrolito de la batería. Cuando la conductividad cae, la capacidad de la solución para conducir iones activos disminuye, a medida que aumenta la resistencia de la reacción interna de la batería (esta resistencia se expresa por impedancia en el electroquímico), provocando una disminución en la capacidad de descarga, es decir, una disminución de la capacidad. Además, midiendo la impedancia de varias partes dentro de la batería (positivo, negativo y electrolito), se puede ver la influencia de cada parte en la impedancia de la batería. Cuando la temperatura es de aproximadamente <-10 ° C, la impedancia de la interfaz del electrodo positivo y el electrodo negativo (en la figura, grafito) aumenta rápidamente y la impedancia del electrolito aumenta rápidamente después de aproximadamente -20 ° C. Los resultados integrados de estas impedancias se expresan como baterías. La impedancia aumenta rápidamente alrededor de <-10 ° C.

Saft, una famosa compañía de baterías francesa, estudió el efecto de las altas temperaturas en el rendimiento de la batería a través de baterías cilíndricas de 2Ah (material positivo NCM, aglutinante de PVdF, material negativo de carbono, aglutinante de CMC / SBR) y comparó las dos baterías a diferentes temperaturas. La situación:

· B2 ciclo de batería primero 2 veces a 60 ° C, luego ciclo a 85 ° C

· B3 batería primero ciclo 2 veces a 60 ° C, luego ciclo a 120 ° C

Después de que la batería B2 circula 26 veces a 85 ° C, la pérdida de capacidad es de aproximadamente un 7,5% y la impedancia de la batería aumenta en un 100%; Después de que la batería B3 se recicla 25 veces a 120 ° C, la pérdida de capacidad es de aproximadamente un 22% y la impedancia de la batería aumenta hasta en un 1115%.

Cambio del electrodo positivo de la batería a alta temperatura de 120 ° C. A 120 ° C, algunos de los aglutinantes polares positivos PVdF migraron de la región de la Parte 1 a la superficie positiva, lo que provocó que el contenido de aglutinante en la región de la Parte 1 disminuyera, y el material NMC del material activo provocó la reacción electroquímica debido a la falta de aglutinantes. . La capacidad de disminuir. En la región Pat2, esta parte es el cuerpo principal del polo positivo. El contenido del aglutinante es normal, la alta temperatura tiene poco efecto y el material activo puede reaccionar normalmente.

El efecto de la alta temperatura en el electrodo negativo, el estado inicial del electrodo negativo, después del ciclo a 85 ° C, la fase de electrolito sólido común aparece en la superficie del electrodo negativo (la superficie del electrodo negativo de la Figura 6B está cubierta por material recién generado, dando como resultado la morfología de la superficie y la morfología inicial Diferentes, Alguna pequeña materia esférica SEI: Interfaz electrónica sólida). Cuando la temperatura aumenta a 120 ° C, se genera más SEI (Figura 6C, la superficie negativa está cubierta por más partículas) y se consumen más iones de litio activos, lo que resulta en una disminución de la capacidad.

En general, los factores que afectan la temperatura alta y baja de la batería se pueden resumir de la siguiente manera: la conductividad del electrolito, la impedancia de la interfaz y la membrana SEI. Estos factores se combinan para afectar el rendimiento de la batería. En general, aumentar la conductividad o conductividad de cada componente de la batería (incluida la selección de un material activo más conductor, optimizar la composición del electrolito, mejorar la composición de la membrana SEI negativa, inhibir la disolución de sustancias superficiales positivas, etc.), reduciendo así la Impedancia general de la batería, es útil mejorar el rendimiento a alta temperatura y baja temperatura. La adaptabilidad de las baterías de iones de litio a la temperatura es la misma que la del cuerpo humano. Las temperaturas demasiado altas y demasiado bajas no conducen a su función máxima. La elección de los materiales adecuados, la optimización del diseño estructural y la personalización de las condiciones adecuadas para su uso pueden aprovechar plenamente su rendimiento.

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