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充电过程中电压电流如何影响三元锂电池寿命?

2018/03 百韧锂电池 阅读

一般而言我们常说的三元材料主要指的是NMC材料,也包含NCA材料,层状材料的容量发挥受到其结构稳定性的影响,由于Ni3+的化学稳定性要比Co元素更好,因此在充电的过程中NMC材料也就能脱出更多的Li,使得材料的容量由较大的提升。

随着锂离子电池能量密度的不断提升,传统的钴酸锂材料正逐渐被容量更高的三元材料所取代,虽然三元材料具有与LCO相似的层状结构,但是相比于LCO材料,三元材料不仅仅在材料的容量上获得了很大的提升,热稳定性也要明显好于LCO材料。

一般而言我们常说的三元材料主要指的是NMC材料,也包含NCA材料,层状材料的容量发挥受到其结构稳定性的影响,由于Ni3+的化学稳定性要比Co元素更好,因此在充电的过程中NMC材料也就能脱出更多的Li,使得材料的容量由较大的提升。

反过来,层状氧化物正极材料结构稳定性还受到脱Li数量的影响,过量的脱Li可能会导致材料的层状结构坍塌,因此为了保证NMC材料的结构稳定性需要对材料的充电截止电压进行限制,保证材料的长期的循环稳定性。

德国明斯特大学的Johannes Kasnatscheew等人对NCM111和NCM532(两款材料来自BMW集团)、NCM622和NCA(两款材料来自Customcell)、NCM811(来自杉杉科技)材料的充电制度对其循环寿命和结构稳定性的影响进行了研究。

充电截止电压的影响

NMC材料的脱锂数量与充电截止电压成正比,也就是说充电截止电压越高NMC材料的脱锂量也就越大,相应地材料的结构也就越不稳定。下图为NCM811材料在不同的充电截止电压下,循环性能曲线,可以看到提高截止电压后,材料容量发挥明显提高了,但是随之而来的是材料衰降速度的加速。

对比不同截止电压下的循环数据后发现,4.6V截止电压时虽然在第五次放电时比容量最高,但是在循环53次后,其容量快速下降,低于4.5V和4.4V截止电压下NMC111的容量。这表明一味的的提高充电截止电压,虽然会使的材料的容量获得较大的提升,但却会使的材料的循环稳定性发生明显的下降,因此需要根据电池的设计寿命合理选择充电截止电压。


来源:网络