登录注册
请使用微信扫一扫
关注公众号完成登录
我要投稿
随着人们对锂离子电池能量密度要求的提高,越来越多的锂离子电池开始采用容量更高的NMC材料作为正极材料,NMC材料在存储的过程中存在过渡金属元素溶解的情况,特别是Mn元素,迁移到负极表面后会破坏负极表面SEI膜的结构,使得SEI膜的不断再生,消耗数量有限的Li,造成电池的容量不断的下降,特别是在高温下这一现象将更加明显,因此采用NMC材料的电池的高温存储性能往往较差。而在实际中锂离子电池往往要面对长时间的存储,因此对锂离子电池在存储过程中的容量衰降模型的研究就显得尤为重要。
一般来说,我们认为在存储的过程中造成锂离子电池容量衰降的原因主要有三个方面:1)Li损失,存储过程中的副反应,会不断的消耗活性Li,从而造成容量下降;2)正负极活性物质损失,电极结构破坏会导致活性物质颗粒与电极导电网络失去连接,导致这部分颗粒不能参与到充放电之中,从而导致容量下降;3)电池内阻增加,在锂离子电池存储的过程中,伴随着着副反应的发生,正极活性物质结构破坏,负极SEI膜不断的破坏和重组,导致电池的内阻不断增加,从而使得电池放电容量下降。
来自德国Fraunhofer太阳能系统研究所的JuliusSchmitt等人利用18650电池在存储过程中的容量变化和内阻变化对NMC材料在存储过程中的衰降模型进行了详细的研究,研究显示,电池的容量衰降与时间之间呈现线性关系,高温存储会加速电池容量的衰降。脉冲电流测试发现,无论是高温还是高SoC状态都会导致电池内阻的快速增加,EIS分析显示存储会导致锂离子电池的欧姆阻抗和极化阻抗增加,而极化阻抗增加是造成锂离子电池内阻增加的主要原因。此外,该研究还显示周期性的电化学测试会显著的增加电池的衰降速度。
试验中的18650电池来自日本索尼公司,正极采用了NMC材料,负极采用了石墨材料,电池容量为2.15Ah。
1.容量衰降
1.1时间因素
下图是电池的容量保持率随存储时间的变化趋势,从图上我们可以注意到电池的容量随着存储时间呈现线性降低,JuliusSchmitt分别采用了平方根模型、线性模型和广义幂函数对曲线进行了拟合。
平方根模型是建立在负极SEI膜的生长速度随着时间而递减的假设基础上的,该模型如下式所示,其中a1和a2分别是补偿参数和平方根衰降参数,t为储存的天数。
线性衰降模型如下式所示,b1和b2分别是补偿参数和线性衰降参数。
广义幂函数模型如下式所示,c1和c2分别是补偿参数和衰降参数,c3为幂参数
对于三个模型中的补偿参数,a1,b1和c1,它们的值都在1附近,三个模型的拟合结果如下表所示,对比三个模型,线性模型的可决系数R2高于平方根模型,广义幂函数模型高于线性模型,因此广义幂函数的拟合准确度是最高的。
1.2温度因素
温度对于电池在存储过程中的容量衰降也有很大的影响,从上面计算得到的模型参数中我们也可以注意到,在线性模型中20℃的衰降参数b2要稍高与0℃,45℃时b2的值几乎是25℃的两倍。
其中一个关于电池衰降和温度的模型如下式所示,其中k是反应速率,A为指数前因子,Ea为活化能,R是气体常数,T为绝对温度。
下表是根据电池容量衰降速率参数b2获得的温度模型的参数,可决因数R2超过0.9,表明温度和容量的相关性可以由该公式近似求得。
1.3SoC因素
一般来说,高SoC状态会加速电池的刷将,因为在较高的SoC下,负极的电势较低,会加速电解液的分解和SEI膜的生长,从而导致活性Li的损失,进而加速电池容量的衰降。
2.电池内阻增大
下图是通过脉冲电流方法测得的电池内阻信息,从图上我们可以注意到,电池内阻与电池时间之间几乎是呈现线性增加的,一般来说我们认为这是由于SEI膜随着时间不断生长,从而离子电导率不断下降所致。在高温和高SoC下,电池内阻增加的更快。
电池的EIS测试结果和等效电路如下图所示,等效电路的方程如下式所示,式中Rp代表总的极化阻抗,Qp代表了双电层电容,主要受到电极的孔隙率的影响。极化过程的平均时间常数可以定义为Ʈ=(Rp˙Qp)1/α,因此式5可以转变为式6
下图是根据式6拟合出的串联电阻Rs的结果,从图上可以看到,在所有的存储条件下,Rs都随着存储时间的增加而增大,但是高温和高SoC下增加的更快。Rs主要与电池的欧姆阻抗有关,因此Rs的增加意味着,存储过程中电解液不断分解造成Li+电导率的下降。
下图是电池的并联电阻Rp随时间变化的曲线,Rp代表电池的极化阻抗,包含SEI膜阻抗和电荷交换阻抗,Rp的变化趋势受到SoC状态和温度的综合影响,因此针对Rp建模将是一件更加具有挑战性的工作。从整体上来看Rp是呈现上升趋势的,综合考虑串联阻抗Rs的分析结果,JuliusSchmitt认为Rp的增加主要是因为电解液分解导致SEI膜的生长造成的。
JuliusSchmitt的研究的另一项重要发现是,电池的测量电流会对电池存储特性产生重要的影响。相比于没有进行定期测试的参照电池,每隔30天测量一次的电池在186天存储后,容量衰降要明显更大一些。100%SoC存储186天后,参照组电池内阻仅增加了2%,而实验组电池内阻增加了7%。这主要是电池定期测试时的电流导致了额外的电化学反应,从而导致电池衰降加速。
对于电池衰降模型研究的终极目标是建立电池寿命的预测模型,一般来说我们认为电池的容量达到了初始容量的80%,就意味着电池寿命的终结,JuliusSchmitt利用上述研究成果获得的线性衰降模型参数b2ref,以及由此模型获得电池寿命预测结果如下表所示。从表中我们注意到中间不进行测试的对照组电池寿命tEOLref要远高于定期进行测试的实验组电池寿命tEOL.
JuliusSchmitt的研究为我们理解NMC材料电池在不同的温度和SoC状态下的存储容量衰降特点提供了有益的借鉴,研究显示,高温和高SoC都会显著的增加电池容量的衰降速度。EIS研究则显示,在存储过程中电池的欧姆阻抗和极化阻抗都在增加,但是极化阻抗增加的更快一些,也是造成电池阻抗增加的主要因素。此外,研究还发现,电池存储过程中的定期测量会显著的加速电池的衰降,因此在长期存储的过程中尽量不要对电池进行定期的容量测试和活化等操作,以便获得更长的存储寿命。
本文主要参考以下文献,文章仅用于对相关科学作品的介绍和评论,以及课堂教学和科学研究,不得作为商业用途。如有任何版权问题,请随时与我们联系。
特别声明:北极星转载其他网站内容,出于传递更多信息而非盈利之目的,同时并不代表赞成其观点或证实其描述,内容仅供参考。版权归原作者所有,若有侵权,请联系我们删除。
凡来源注明北极星*网的内容为北极星原创,转载需获授权。
3月28日上午,2025年“投资北京”大会在2025中关村论坛年会期间举办。会上,北京星川新能源电池科技有限公司(以下简称“北京星川”)超高倍率锂离子电池项目签约落地北京经开区(北京亦庄)。该项目预计将于明年6月开始量产。北京经开区有关负责人在大会上作推介。“北京星川超高倍率锂离子电池项目总
作者:叶石丰1,洪朝锋2,綦晓2,吴伟雄2,谭子健1,周奇1,张兆阳1单位:1.广东电网有限责任公司广州供电局;2.暨南大学能源电力研究中心引用:叶石丰,洪朝锋,綦晓,等.基于EEMD-GRU-NN锂离子电池表面温度预测方法研究[J].储能科学与技术,2025,14(1):380-387.DOI:10.19799/j.cnki.2095-4239.2024.0571本文亮
北极星储能网获悉,3月14日,山东省地方标准《锂离子电池储能性能测试及评价规范》(以下简称《规范》)正式实施。该标准是全国首个锂离子电池储能地方标准。《规范》发布于2月24日,由山东省能源标准化技术委员会归口上报,主管部门为山东省市场监督管理局。主要起草单位包括:单位国网山东省电力公司
北极星储能网获悉,3月17日,国家市场监管总局发布关于征求《点火枪安全规范》等26项拟立项强制性国家标准项目意见的通知。其中包含《锂离子电池系统能效限定值及能效等级》标准计划。《锂离子电池系统能效限定值及能效等级》由国家标准委提出,委托全国能源基础与管理标准化技术委员会执行。主要起草
作者:陈峥彭月胡竞元申江卫肖仁鑫夏雪磊单位:昆明理工大学交通工程学院引用:陈峥,彭月,胡竞元,等.基于短期充电数据和增强鲸鱼优化算法的锂离子电池容量预测[J].储能科学与技术,2025,14(1):319-330.DOI:10.19799/j.cnki.2095-4239.2024.0686本文亮点:1.仅利用前30分钟充电数据且采样间隔为30秒的数
北极星储能网获悉,近日,贵州大龙开发区北部工业园区的贵州嘉尚新能源材料有限公司年产25万吨锂离子电池正极材料产业园项目二期的厂房钢结构主体已全部完工,项目整体综合完成率达96%左右,现正在做一些收尾工作,室内在进行吊顶装修、地坪硬化等,室外在进行附属设施施工,包含室外管网、室外绿化、
3月19日,湖北省市场监管局关于做好2025年度锂离子动力电池碳计量工作的通知(鄂市监量函〔2025〕44号)。其中提到,全力推进碳计量技术规范体系建设。紧紧围绕锂电池产品全生命周期碳管理需求,着眼企业碳足迹管理中长期需求,协同产业链龙头企业,借鉴相关行业工作经验,系统编制碳计量器具配备及管理、
作者:周洪1,2(),俞海龙3,王丽平4,黄学杰3()单位:1.中国科学院武汉文献情报中心;2.中国科学院大学经济与管理学院信息资源管理系;3.中国科学院物理研究所;4.电子科技大学材料与能源学院引用:周洪,俞海龙,王丽平,等.基于BERTopic主题模型的锂电池前沿监测及主题分析研究[J].储能科学与技术,2025,14(
作者:张文婧肖伟伊亚辉钱利勤单位:长江大学机械工程学院引用:张文婧,肖伟,伊亚辉,等.锂离子电池安全改性策略研究进展[J].储能科学与技术,2025,14(1):104-123.DOI:10.19799/j.cnki.2095-4239.2024.0579本文亮点:1.根据锂离子电池热失控机制,总结了在电池部件集流体上最具有创新性的改进方法:将集
北极星固废网获悉,3月4日,为推动再生资源循环利用,规范锂离子电池用再生黑粉原料、再生钢铁原料的进口管理,生态环境部研究制定锂离子电池用再生黑粉原料进口管理要求,并对《关于规范再生钢铁原料进口管理有关事项的公告》(公告2020年第78号)进行修订,形成《关于规范锂离子电池用再生黑粉原料、
作者:刘通1,3杨瑰婷1毕辉4梅悦旎1刘硕1宫勇吉3罗文雷2单位:1.空间电源全国重点实验室,上海空间电源研究所;2.军事科学院国防科技创新研究院;3.北京航空航天大学材料科学与工程学院;4.中国科学院上海硅酸盐研究所引用:刘通,杨瑰婷,毕辉,等.高能量密度与高功率密度兼顾型锂离子电池研究现状与展望[
前言:中科院高物所和国内外联合团队成功将他们提出的新方法应用于Li(NixMnyCoz)O2(NMC)三元正极材料的研究中,揭示了该材料热稳定性的一系列问题。该项工作发表于NatureCommunications9,2810,2018,共同第一作者为弗吉尼亚理工大学博士穆林沁和高能所袁清习。中科院高能物理所多学科中心X射线成像实
锂离子电池作为一种清洁能源存储器件,随着其广泛应用于我们的日常生活之中,它的安全问题也越来越受关注,比如最近接连发生的手机充电过程中起火或爆炸等。三元层状材料Li(NixMnyCoz)O2(NMC)(x+y+z=1)具有较高的理论容量,易合成,以及相对较低的价格,是目前应用于锂离子电池最为广泛的正极材料(如大
固体电解质的锂硫电池(ASSLSB)就是一条非常清晰的指南针。聚合物电解质(SPE)的使用已成为推进ASSLSB未来部署的最有希望的方案,但是需要认识到基于SPE的ASSLSB实际可用能量密度和可循环性仍远未达到预期。对此必须对电解质进行正确的选择和深入理解,特别是离子导电的阴离子盐的正确选择和深入理解
近些年,锂/钠硫、锂/钠/钾系空体电池因具有高能量密度而被新能源研究者们所熟知。但是,碱金属电极的使用仍面临着一些严峻问题,例如高活性的碱金属与常用电解质之间是天然不稳定的,或者说他们之间常常反应生成粗糙且脆弱的SEI膜。为了抑制这种不利的化学反应以及金属枝晶的形成,提高电池的库伦效率
自从索尼公司推出首款商用锂离子电池以来,石墨类材料一直是负极材料的主流。石墨负极在嵌锂后电势快速降低,接近金属Li负极的电势,这一特性好的一方面是能够提升锂离子电池的电压,增加锂离子电池的能量密度,不好的一方面是过低的电势导致了碳酸酯类有机电解液的分解,从而形成了一层钝化层:固体电
为什么要化成?电池制造后,通过一定的充放电方式将其内部正负极物质激活,改善电池的充放电性能及自放电、储存等综合性能的过程称为化成。什么是化成?锂电芯的化成是电池的初使化,使电芯的活性物质激活,即是一个能量转换的过程。锂电芯的化成是一个非常复杂的过程,同时也是影响电池性能很重要的一
看资料,遇到负极或者电解液性能的时候,总能看到一个名词组:SEI,说SEI膜的形态特性与变化对电池的容量发挥、功率发挥、循环寿命、高温稳定性能等有至关重要的意义。但是SEI膜是属于微观层面的电池界面问题,显得比较神秘。本着学习的态度,我收集了一些资料,梳理了一下关于SEI膜的几个问题:有什么
请使用微信扫一扫
关注公众号完成登录
姓名: | |
性别: | |
出生日期: | |
邮箱: | |
所在地区: | |
行业类别: | |
工作经验: | |
学历: | |
公司名称: | |
任职岗位: |
我们将会第一时间为您推送相关内容!