NCMバッテリーの寿命の低下と低下のメカニズムに関する分析

リチウムイオン電池は、サイクルプロセス中に継続的な可逆容量の低下を伴い、最終的にはリチウムイオン電池の故障につながり、リチウムイオン電池の可逆容量の低下の要因が増えます。一般的に、リチウムイオン電池の衰退の主な原因は、SEI膜の継続的な成長であると考えられます。さらに、カソード材料の構造的崩壊と負極性リチウムクロマトグラフィーによって引き起こされる可逆容量の減少は、リチウムイオン電池の容量の低下の重要な理由ですが、特定のシステムと特定の使用方法は、ターゲットを絞る必要があります分析。

最近、北京交通大学のYang Gao（筆頭著者）とJiuchunJiang（通信著者）などが、NCM /グラファイト電池を0〜20％、20％〜40％、40％〜60％、60％でターゲットにしました。 80％、80％-100％および0〜100％SoC範囲、6Cサイクルの低下およびリクライニングメカニズムを分析しました。この研究では、0〜20％のサイクルではリチウムイオン電池の内部抵抗が増加し、容量損失が少なくなり、80〜100％のサイクルでは電池の数が増えることがわかりました。容量の損失。低下のメカニズムの研究は、100％DOD未満での正極性活性物質の損失と活性Liの損失の比率が同等であることを示していますが、20％DOD未満では、リチウムイオン電池の低下の主な理由はアクティブなLiの喪失。

テストで使用されたバッテリーパラメータを次の表に示します。電池容量は8Ah、正極NCM材質、負極グラファイト材質です。試験は、Arbin試験装置を使用して実施されました。サイクル全体を通して、バッテリーは摂氏25度のサーモスタットに配置され、バッテリーの低下に対する温度の影響を軽減しました。

さまざまなSoC範囲で循環しているリチウムイオン電池のデータを次の図に示します。 20％DODと100％DODの放電深度を持つバッテリーのサイクル性能を比較するために、著者は5つの20％DODサイクルを等価サイクルとして使用します（全体の放電容量は100％DODに相当します）。以下では、サイクルの減衰率が速く、遅いことがわかります。 80％、100％]＆GT; [20％、40％]＆GT; 【40％、60％<UNK> [60％、80％]＆GT。 [0、20％]中央の3つのSoC範囲は、減衰率に非常に近いです。 100％DODおよび80％SoC-100％SoCサイクルのバッテリー容量は、他の20％DODサイクルのバッテリーよりも大幅に速く減衰します。

YangGaoは、パルス電流法を使用して、バッテリーのサイクルにおける抵抗の傾向を測定します。リチウムイオン電池内部のインピーダンスが異なると応答速度が異なるため、一般的にオーミックインピーダンスが最も速くなります。したがって、著者は、10mSのオーダーで測定されたインピーダンスは主にオームインピーダンスであると考えています。電池の分極インピーダンスの反応がやや遅いため、10mS以降のインピーダンスにはオームインピーダンスと電池の分極インピーダンスが含まれているため、これらの特性からリチウムイオン電池内部のオームインピーダンスと分極インピーダンスを分離することができます。

次の図のテスト結果から、バッテリーの周期的なZhongoumuインピーダンスの変化はわずかであり、100％DODおよび0〜20％SoCサイクルのバッテリーオームインピーダンスは、他の範囲のバッテリーよりも高くなっていますが、対照的です。 、バッテリーの分極インピーダンスの増加はより重要です。下の図から、分極インピーダンスの最大の増加は100％DODバッテリーであるのに対し、20％DODサイクルでの0〜20％SoCバッテリーの分極インピーダンスが最も増加していることがわかります。

サイクル試験終了後、陽高は0.05℃の低倍率で容量試験を実施し、分極係数の影響を排除し、最大可逆容量Cmaxを取得し、さまざまな倍率で放電しました。最大可逆容量から異なる倍率での容量を差し引いたものを使用して、速度論的特性の低下によって引き起こされる体積損失が得られます。下の図のテストデータによると、最大の可逆容量損失は、SoC-100％SoCサイクルのバッテリーで最大であり、0％-20％SoCサイクルのバッテリーで最小ですが、下の図Bで確認できます。 。 0％〜20％SoCサイクルのバッテリーは、運動特性が悪いために最大の容量損失があります。これは、高SoC範囲での循環により、リチウムイオン電池の可逆容量が大幅に失われ、低SoC範囲での循環により、リチウムイオン電池の動的特性が大幅に低下することを示しています。

リチウムイオン電池が異なるSoC範囲で循環する原因となる容量低下のメカニズムを分析するために、YangGaoは増分容量法ICAと電圧差法DVAを使用してリチウムイオン電池を分析しました。まず、著者らは、3電極バッテリー法を使用して、充電プロセス中のバッテリー全体の正極と負極の電圧変化とdV / dQおよびdQ / dV曲線を測定しました（下図を参照）。興味のある友人は、以前の記事「アムウェイの強力な衰退メカニズム分析ツール-dV / dQ曲線」を見ることができます）。下の図Bから、バッテリー全体に2つの主要なピークがあることがわかります。バッテリー全体は3つの主要な反応領域に分割され、両方の主要なピークは負極からのものです。著者は、特徴的なピークの位置に応じて、dV / dQ曲線を下の図Bのいくつかの部分に分割します。

次の図aおよびBは、さまざまなアクティブLiが失われた場合のバッテリーのdV / dQ曲線の変化を示しています。この図から、リチウムイオン電池の正極電圧曲線は、アクティブなLi損失が発生しても大きく変化しないが、負極は曲線が右にシフトすることがわかります。下の図Bに、負極によって生成された2つの特徴を示します。 Liの損失が全体的に増加し、形状が変化すると、頂上は右にシフトします。次の図CおよびDは、電圧曲線に対する正極性活性物質の損失の影響を反映しています。この図から、正極性の活性物質の喪失は、バッテリー全体の電圧曲線と負極性曲線に影響を与えないことがわかります。同時に、dV / dQ曲線の特徴的なピークに大きな変化はありません。これは主に、リチウムイオン電池の有効リチウムが実際には不十分であるため、正の活物質の一部が失われてもリチウムイオン電池の容量に大きな影響を与えないためです。同様に、負極が大幅に過剰であることを考慮すると、サイクルにおいて、一定量の負の活物質の損失は、バッテリー全体の容量を大幅に変更しませんが、dV / dQ曲線の特徴的なピークを次のように引き起こします。シフトとエリア。減少。

上記のデータによると、YangGaoは、PareaIとNEpeakIIIの容量、およびNEpeakIIの高さは、リチウムイオン電池の活性Liの損失を表し、PareaIIの容量は主に正の活性物質の損失を表すと考えています。 NEpekIの高さと容量は、主に負の活性物質の損失を反映しています。

次の図は、リチウムイオン電池のサイクルにおける特徴的なピークの変化を示しています。次の図は、サイクル内のPareaIIの変化を示しており、主に正の極性活性物質の喪失を示しています。下の図の図Bは、主にアクティブなLiの損失を反映しています。図から、DODサイクルの100％での正極性物質の損失が最大であるのに対し、DODサイクルバッテリーの20％での活性Liの損失が最大であり、活性Liの損失が最大であることがわかります。サイクルの中で絶えず加速しています。正極性の活性物質の損失は絶えず減速しており、これは、活性Liの損失がDODバッテリー容量の20％の低下を引き起こす主な要因であることを示しています。次の図EとFは、それぞれ、負の極性の活性物質の喪失を反映したNEpekIの高さと容量の変化を示しています。この図から、サイクルの0〜20％で循環するバッテリーでは、より多くの負の活物質損失が発生することがわかります。ただし、活性Liの損失および正極性活性物質の損失と比較して、負極性活性物質の損失は依然としてはるかに少なく、NCM /グラファイト電池での陰性活性物質の損失が主要な要因ではないことを示しています可逆容量の低下に。

一般に、20％DODサイクルのバッテリーでは、アクティブLiの損失が可逆容量の低下につながる主な要因ですが、100％DODサイクルのバッテリーでは、アクティブ物質の損失とアクティブLiの損失がその可逆容量の原因。衰退の重要な要因。

YangGaoの研究は、異なる使用システムが異なる崩壊メカニズムにつながる可能性があることを示しています。 20％DODサイクルのバッテリー容量はゆっくりと低下しますが、内部抵抗はより速く増加します。ただし、容量の減少と内部抵抗の増加はどちらも、100％DODバッテリーよりも遅くなります。 20％DODサイクルバッテリーの場合、アクティブLiの損失が可逆容量損失の主な原因であり、100％DODサイクルバッテリーの正の活物質の損失とアクティブLiの損失がリバーシブルバッテリーの減少の主な要因です。容量。

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