放电率对锂离子电池的老化速率有什么影响?

2021-04-30      1201 次浏览

许多研究中已经报道了电池容量对EFC的线性依赖性。[4,20,22]在该线性区域中的老化机制可以被分类为周期诱导的容量损失和基于日历老化的容量损失。循环引起的容量损失是指由阳极颗粒上的循环触发裂纹和附加的SEI形成引起的锂消耗。基于日历老化的容量损失与温度加速的化学寄生有关。消耗锂的反应,例如SEI的形成和重建。10C时的容量衰减率比25C时更高很可能是镀锂的结果[7,8]由于较低的温度下,内部电极电阻的新增和阳极电势最终下降到负电位,也即达到Li/Li+负向可逆电位。[23]


欧姆电阻起源于电池的体积化学性质,包括电解质,活性材料和集电体的电阻。[5,24–27]欧姆电阻的新增重要来自电解液中电盐和溶剂的分解,这又改变了电解质的导电性。[21,28-30]


同时拆解一只在40C下用更高的老化速率循环的电芯和一个新电芯。发现老化的电芯内部已经干燥,因为没有看到电解液湿润电极和隔膜的痕迹。没有可见的液体电解质,进而可以假定电解质分解是显著的容量衰减和电阻新增的原因。此外,在老化的阳极层上也观察到电镀的锂,在40C的温度,这通常是没有想到的。这暗示了翻倍的电池容量衰减和锂电镀的影响,参考文献[5]已经进行了研究。


放电倍率的影响


这里描述了测试电芯的老化行为。图2a显示了在25C环境温度下归一化的放电容量与EFC的关系,有三种放电率1C,3C和5C,如表II所示。平均表面温度27.5C,30.2C和31.1C,分别对应1C,3C和5C放电循环。与图1a类似,容量在前300个周期中显著衰减,之后,容量在所有情况下都呈准线性下降。所有容量衰退曲线在300次循环之后几乎平行,直到寿命结束。平均电芯表面温度升高的影响和较高放电率对老化速率的影响密不可分。1C循环环寿命约4800EFC,而5C循环寿命在3500EFC左右。除了在接近寿命终止的5C循环的电池之外,容量偏差仍然难以察觉。


图2b中显示了25℃下三种不同放电倍率,各电芯欧姆电阻跟随EFC变化的趋势。3C和5C的欧姆电阻与1C不同,在开始时迅速新增,中间段增速比较平缓,而在寿命结束时再次显着新增。值得注意的是,以5C放电速率循环的电池非常快速地使其欧姆电阻加倍。3C和5C循环的电芯电阻偏差比1C的大得多,差异伴随老化的加深而增大。


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