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锂电池高低温环境下的容量衰退表现

锂离子电池越来越广泛地应用到人们的生产生活当中,这使得它的温度环境成为关注的要点,相对来说,锂电池更容易在高温环境下产生安全问题,因此,必须对锂电池进行高温性能的测试,并与其常温测试数据相比较。

测试条件:选择两只比亚迪生产的950mAh063450方型锂电池,分别在25℃(常温)和60℃(高温)下进行。
充放电制度设计:适用恒流恒压充电和恒流放电制度。充电终止电压为4.2V,放电终止电压为3.0V。首先以1C即950mA充电至4.2V,再以4.2V恒压充电直至电流达到20mA;然后以950mA恒流放电至3.0V,如此循环充放电300次。这里截取三个节点:即第50次、150次、300次充放电循环。
一、在前50次循环过程中:
1、25℃下的表现:容量衰减过程略有起伏,但并非线性,50次后的放电
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容量保持在96.6%;
2、60℃下的表现:容量衰减过程接近于线性,50次后的放电容量保持在95.5%。
* 这说明,在50次以内较少的循环时,高温循环稳定性略差于常温循环稳定性。但这里有一个很重要的现象,即锂电池在高温条件下放出的电量高于电池的额定容量,这里的原因在于,高温时电解质的黏度降低,从而加快了锂离子的迁移速度,这时,不但放电容量高于额定容量,而且充入的电量更高。
二、在前150次循环过程中:
1、60℃下放出的容量每次都大于25℃时放出的容量;
2、60℃下初始容量为1020mAh,高于额定容量,25℃下初始容量为930mAh ,但60℃时容量衰减较快。
三、300次循环后的状态:这时,常温状态下的指标全面优化,在保持较慢的容量衰减速度时,其容量可以保持在800 mAh,而60℃时只有730 mAh。此时,60℃下的充放电
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电压平台越来越低,而常温下几乎不变。
上述容量衰减的表现还可以从锂电池充电在不同温度下的电量补充情况进行佐证:在25℃下经过300次循环后,其恒流充电和恒压充电的比例变化不大,但在60℃时,恒流充电所获得的电量补充逐渐减少,而恒压阶段获得的电量显著增加。这是由于电池极化现象引起的。
从本质上来说,锂电池容量衰退都有电池极化的影响,即锂离子扩散速度跟不上电子的转移速度使得电池正极容纳的锂离子越来越少。在60℃的高温下,这种极化过程很大程度地加剧,这也是导致锂电池容量衰减的根本原因。
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