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谈到电动汽车,人们首先想到的是其动力源载体————锂离子动力电池的成组应用问题。业界一直热衷于讨论电池安全、循环寿命和电池成组一致性等问题,而有关锂离子电池的”拐点”问题似乎并未受到关注。”拐点”是指动力锂离子电池在充放电前期和85%-95%阶段的电量特性曲线的拐点现象。这是电池本身的电化学特性使然,电池自身温度、环境温度和充放电流等因素都会影响到拐点的形态。
磷酸铁锂电池充放电拐点现象及产生机理
一只180Ah磷酸亚鉄鋰动力锂离子电池在室温下1/3C充放电的电压曲线如图1所示。充放电的电压平台都约为3.35V,充电电压两个拐点是3.25V和3.45V;放电电压两个拐点是3.4V和3.1V。
图1 磷酸铁锂电池充放电电压曲线
从图1中的曲线可以看出,电池电压在充/放电的初期和末期,都有一段迅速上升期和迅速下降期,关注重点可放在充/放电末期的拐点现象。
锂电池的充电过程是锂离子从正极脱嵌,迁移到负极并嵌入的过程。当正极锂离子脱嵌到一定数量后,受John-Teller效应影响,锂离子脱嵌将变得越来越困难,需要更多的能量才能从正极板脱出。外部表现为极化电阻增加,电压急剧升高。放电时,锂离子从负极脱嵌,迁移到正极,并嵌入到正极的晶格中。当负极的锂离子数量降低到一定程度时,电极表面反应速度降低,内阻急剧增大,造成电池电压急速下降。
“拐点现象”与锂离子电池安全
笔者对国内权威部门出具的检测报告进行了分析,并依据相关数据统计得出拐点后的剩余容量不到电池总容量的10%,电池有效工作平台在总容量的90%以上。实验证明,充/放电末期的”拐点现象”说明电池已经到了容量即将充满或即将耗尽的末端,继续充/放电很容易产生因”电池电压过充或过放”及”过电流”等灾难性后果,对锂离子电池来说尤其可怕。由于电池长期处于过充或过放的疲劳状态,从而产生的锂枝晶会刺破电池隔膜造成电池永久性损坏,并易引起电池燃烧或爆炸,这种安全性事故在国内屡见不鲜。
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