北极星

搜索历史清空

  • 水处理
您的位置:电力储能电动汽车动力电池技术正文

限制锂离子电池快充能力因素评估

2019-01-07 10:48来源:清新电源作者:敌法师关键词:锂离子电池动力电池正极材料收藏点赞

投稿

我要投稿

成本、能量密度、快充特性一直是评估动力电池的三大重要指标。仔细观察近年各大品牌电动汽车的发布会,快充一直是商家着力吆喝的卖点之一。最近,美国橡树岭国家实验室(Oak Ridge National Laboratory)和美国田纳西州立大学(University of Tennessee)的研究人员针对NMC811/石墨体系的快充限制因素进行了细致评估,成果详见Identifying the limiting electrode in lithium ion batteries for extreme fast ging.Electrochemistry Communications, 2018, 97: 37-41. Electrochemistry Communications是电化学领域为数不多的通讯类刊物,目前主编为牛津大学的R.G. Compton教授。虽然刊物影响因子不高(IF=4.6),但所发表论文大多简洁明快、创新性强,因此受到很多的很多人的喜爱。

亮点:

(1)充分证明了石墨是限制电池快充能力的主要限制因素;

(2)高倍率充电由于石墨负极容量衰减过快,N/P可能小于1从而容易产生析锂;

(3)设计电池快充还要考虑高倍率充电下的扩散问题、锂盐消耗、材料选型和负载量等。

0-1546773948.jpeg

为了进一步准确评估不同充电倍率下正、负极的容量特性及排除对电极的影响,作者取了50%SOC全电池的正、负极分别制成对称电池。图2A和图2B分别NMC811和石墨对称电池的充放电曲线,图2C为不同倍率下NMC811和石墨容量密度衰减及N/P比变化。与扣电结果相似,当充电倍率高于1 C石墨容量急剧降低,而NMC811则在1/10 C到4C都还有着较好的容量保持。为了避免析锂,电池设计时都会让N/P比大于1。但如图2C所示,初始N/P=1.15,随着充电倍率提高石墨容量衰减过快,会出现N/P<1的现象(3 C充电N/P=1,4 C充电N/P=0.5),从而极易发生析锂(图2D)。

5-1546773950.jpeg

此外,作者还利用对称电池研究了NMC811和石墨在不同温度下的EIS谱。对比图3A和图3B可以发现,尽管石墨是限制电池快充能力的重要因素,但其在各测试温度下均有较小的电荷转移电阻,表明电荷转移电阻不是限制石墨快充性能的因素。图3C所示不同温度下NMC811和石墨对称电池的Arrhenius关系,其中斜率代表各电极的解溶剂化能。尽管Li+在石墨上的解溶剂化能较小,但考虑到石墨负极厚度大于NMC811正极厚度,高充电倍率下扩散和锂盐消耗将成为限制快充的重要因素。

增大正极负载量是提高电池能量密度的有效方式之一。但如图3D所示,对于NMC532,随着负载量的提高,高倍率下容量衰减愈发明显;而由于NMC811有着更高的体积能量密度,同等负载量和高倍率下其容量衰减较NMC532弱很多。因此,正极材料负载量和种类也会影响电池快充特性,电池设计时也应予以考虑。


原标题:美国橡树岭国家实验室研究:限制锂离子电池快充能力因素评估
投稿与新闻线索:陈女士 微信/手机:13693626116 邮箱:chenchen#bjxmail.com(请将#改成@)

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。

锂离子电池查看更多>动力电池查看更多>正极材料查看更多>