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Lithium-Ionen-Batterie-Temperaturtest

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Lithium-Ionen-Batterie-Temperaturtest

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Die Lagerung von Lithium-Ionen-Batterien ist in der Praxis sehr verbreitet, und sie können während des Produktions- und Verkaufszyklus der Batterie über einen langen Zeitraum gelagert werden. Auch im praktischen Gebrauch können sie über einen langen Zeitraum gelagert werden. Während der Lagerung von Lithium-Ionen-Batterien, insbesondere in Umgebungen mit hohen Temperaturen, befindet sich das Batteriesystem bei voller Ladung in einem thermodynamisch instabilen Zustand und durchläuft kontinuierlich einen Übergang zu einem Gleichgewichtszustand. Wenn sich die Veränderungen bis zu einem gewissen Grad akkumulieren, führt dies nicht nur zu Veränderungen der Spannung und des Innenwiderstands von Lithium-Ionen-Batterien, sondern beeinträchtigt auch die Leistung und die Sicherheitseigenschaften. Daher ist es besonders wichtig, die Speicherleistung von Lithium-Ionen-Batterien in einer bestimmten Umgebung zu untersuchen. In diesem Artikel wird die Leistungsverschlechterung von Lithium-Ionen-Batterien bei voller Aufladung und Lagerung bei unterschiedlichen Temperaturen untersucht, einschließlich der Veränderungen von Spannung, Widerstand, Kapazitätserhaltungsrate, Impedanz und Vergrößerung nach der Lagerung.

1 Prüfung

1) Versuchsobjekt

18650 zylindrische Batterie

2) Lade- und Entladetest

Testen Sie vor der Lagerung der Batterie die Lade- und Entladeleistung. Nachdem die Batterie 24 Stunden lang bei 45 ℃ gestanden hat, verwenden Sie einen Tester, um die Leistung der Batterie bei Raumtemperatur zu testen. Laden Sie die Batterie zunächst mit einem konstanten Strom von 0,1C auf 4,1V, laden Sie sie dann mit einer konstanten Spannung von 4,1V, bis der Strom auf 0,01C sinkt, lassen Sie sie 10 Minuten lang stehen, und entladen Sie sie dann mit einem konstanten Strom von 0,1C auf 2,7V. Nach zwei Zyklen laden Sie die Batterie mit einem konstanten Strom von 0,1C auf 4,1V auf, so dass sie einen vollständig geladenen Zustand hat.

3) Lagerversuch

Beim Lagerexperiment werden Lithium-Ionen-Batterien im vollgeladenen Zustand in Kammern mit konstanter Temperatur von 25 ℃, 45 ℃, 55 ℃ bzw. 65 ℃ gelagert. Das Lagerexperiment wird nach einem bestimmten Zeitintervall durchgeführt, und die elektrochemische Leistungsanalyse und die Tests in Bezug auf Spannung, Innenwiderstand usw. werden bei Raumtemperatur durchgeführt.

2 Testergebnisse

1) Veränderung der Batteriekapazität

Die Kapazitätserhaltungsraten nach 241 Tagen Lagerung bei 25 ℃, 45 ℃ und 55 ℃ betrugen 91,47%, 80,19% bzw. 73,21%, während nach 150 Tagen Lagerung bei 65 ℃ nur noch 70,34% vorhanden waren. Es ist zu beobachten, dass die Leerlaufspannung von Lithium-Ionen-Batterien, die bei 65 ℃ gelagert werden, deutlich schneller abnimmt als Batterien, die bei niedrigeren Temperaturen gelagert werden. Dies liegt daran, dass die Batterie während der Lagerung von einem thermodynamisch instabilen Zustand in einen Gleichgewichtszustand übergeht, was zu Veränderungen in der Struktur des positiven Elektrodenmaterials und zu Selbstentladungsreaktionen wie dem Verlust von aktivem Lithium im Graphitkohlenstoff führt. Mit steigender Lagertemperatur werden die Reaktionen im Inneren der Lithium-Ionen-Batterie immer intensiver.

Gleichzeitig erhöht sich bei hohen Temperaturen die Zersetzungsreaktionsrate der Komponenten im Elektrolyten, was zu einer schnellen Ablagerung von Verunreinigungen und Nebenreaktionsprodukten auf den positiven und negativen Elektrodenplatten führt. Dies führt auch zu einem schnelleren Abfall der Batteriespannung bei hohen Temperaturen. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass die Temperatur von Lithium-Ionen-Batterien während der Lagerung einen direkten Einfluss auf die Geschwindigkeit der chemischen Reaktionen innerhalb der Batterie hat, was sich wiederum auf die Speicherleistung der Batterie auswirkt. Je höher die Temperatur, desto stärker ist die Leistungsverschlechterung.

2) Veränderung des Innenwiderstands der Batterie

Der Innenwiderstand von Lithium-Ionen-Batterien bezieht sich auf den Widerstand, den Lithium-Ionen-Batterien erfahren, wenn der Strom während des Betriebs durch die verschiedenen Komponenten im Inneren der Batterie fließt. Er ist die Summe des Widerstands zwischen dem positiven und negativen Ende, einschließlich des Widerstands der positiven und negativen aktiven Substanzen, des Elektrolyts, des Diaphragmas und der externen Komponenten des Stromabnehmers. Wenn beim Entladen einer Lithium-Ionen-Batterie der Innenwiderstand klein ist, ist auch der beim Entladen entstehende Spannungsabfall kleiner, was zu einem geringeren Kapazitätsverlust und einer höheren Energiefreisetzung führt. Daher ist die Änderung des Innenwiderstands von Lithium-Ionen-Batterien auch ein wichtiger Faktor, der während des Lagerungsprozesses beachtet werden muss.

Aus den Daten geht hervor, dass die Lagertemperatur einen erheblichen Einfluss auf die Änderung des Innenwiderstands von Lithium-Ionen-Batterien hat. Der Innenwiderstand von Lithium-Ionen-Batterien steigt während der Lagerung weiter an, und je höher die Temperatur ist, desto stärker ist der Anstieg. Nach einer 241-tägigen Lagerung bei 25 ℃ erhöhte sich der Innenwiderstand von Lithium-Ionen-Batterien nur um 4,2 m Ω (17,95 %). Bei 45 ℃ stieg der Innenwiderstand der Batterien nach 241 Tagen um 8,6 m Ω (37,07 %). Wenn die Lagertemperatur 55 ℃ oder 65 ℃ erreicht, ändert sich der Innenwiderstand der Lithium-Ionen-Batterien drastisch und steigt nach 150 Tagen Lagerung um 13,5 m Ω (56,25 %) bzw. 16,9 m Ω (70,42 %), was etwa dem 3,7- bzw. 4,6-fachen der Lagertemperatur von 25 ℃ für die gleiche Zeit entspricht.

3) Leistung der Batterierate

Die Entladekapazitäten von Lithium-Ionen-Batterien bei 0,2C, 1C und 2C Vergrößerung vor der Lagerung betragen 1742mAh, 1612mAh bzw. 1357mAh. Nach 30 Tagen Lagerung bei 65 ℃ betragen die Entladekapazitäten 1594mAh, 1354mAh bzw. 1065mAh. Es ist zu erkennen, dass nach der Lagerung bei 65 ℃ die Entladekapazität der Batterie bei jeder Rate deutlich abgenommen hat.

Die Entladekapazität bei der 2C-Rate vor der Lagerung beträgt 77,90% der 0,2C-Rate, während die Entladekapazität bei der 2C-Rate nach der Lagerung 66,81% der 0,2C-Rate beträgt. Darüber hinaus ist zu erkennen, dass nach 30 Tagen Lagerung bei 65 ℃ das Entladungsplateau bei jeder Rate der Batterie abgenommen hat. Dies ist auf die Zunahme der Polarisierung durch interne Reaktionen in der Batterie während der Lagerung, die die Diffusionsrate von Lithium-Ionen in der positiven und negativen Elektrode Materialien und Elektrolyt nach der Lagerung, was zu schlechten Rate Leistung der Batterie nach der Lagerung reduziert verursacht.

3 Schlussfolgerung

1) Die Temperatur von Lithium-Ionen-Batterien während der Lagerung wirkt sich direkt auf die Geschwindigkeit der chemischen Reaktionen in der Batterie aus, was wiederum die Lagerleistung der Batterie beeinflusst. Je höher die Temperatur, desto stärker ist die Leistungsverschlechterung. Nach einer 241-tägigen Lagerung bei 25 ℃, 45 ℃ und 55 ℃ betrug die Kapazitätserhaltungsrate 91,47 %, 80,19 % bzw. 73,21 %, während nach einer 150-tägigen Lagerung bei 65 ℃ nur noch 70,34 % übrig blieben. Der Innenwiderstand nimmt während der Lagerung zu. Bei einer Temperatur von 55 ℃ bzw. 65 ℃ erhöht er sich nach 150 Tagen Lagerung um 13,5 mΩ (56,25 %) bzw. 16,9 mΩ (70,42 %), was etwa dem 3,7- bzw. 4,6-fachen des Wertes bei gleicher Lagerung bei 25 ℃ entspricht.

2) Die internen Reaktionen der Batterie während der Lagerung führen zu einer Polarisierung, und diese Reaktionen verringern die Diffusionsrate der Lithiumionen in den positiven und negativen Elektrodenmaterialien und dem Elektrolyten nach der Lagerung, was zu einer schlechten Leistung der Batterie nach der Lagerung führt. Die Entladekapazität bei 2C-Vergrößerung vor der Lagerung beträgt 77,90% von 0,2C, und nach 30 Tagen Lagerung bei 65 ℃ beträgt die Entladekapazität bei 2C-Vergrößerung 66,81% von 0,2C.