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下图a为锂金属电池在不同循环次数时电池的放电曲线,作者根据该曲线转变为了基于SoC的放电曲线(如下图b所示)。
根据锂电池的热力学特性,电池的开路电压与电池的SoC状态之间直接相关。电池的开路电压与SoC之间的关系,可以根据电池的C/20充放电曲线获得,具体方法可以简单的概述为取相同SoC下,电池充电电压和放电电压的平均值,以消除电池极化对电压的影响,从而获得近似的开路电压与SoC之间的关系。接下来的工作就是以同样的方法将C/3放电曲线转化为近似的开路电压与SoC之间的关系曲线。然后在利用C/20的开路电压与SoC之间的关系,对曲线进行校准(如下图c所示),例如在校准前,C/3放电结束,我们认为DOD是100%,但校准后C/3放电结束时电池的放电深度(DOD)仅为87.3%。
要来自于正极活性物质的损失。经过定量分析可以发现,在循环中平均每次循环损失0.26mAh/g的容量,25次循环共计损失了6.61mAh/g的容量。
在C/3倍率下,由于欧姆阻抗引起的极化导致电池的容量降低了14.36mAh/g,其中欧姆电阻包含了各类纯阻抗,例如电子在零部件、电极内的扩散,Li+在体相电解液中的扩散。从下图b中可以看到在前25次循环中,电池的欧姆阻抗极化没有出现显著的变化,这表明在循环过程中NCM622和金属锂负极的形貌和结构没有出现显著的变化。
接下来作者分析了C/3倍率循环过程中,由于NCM622材料动力学性能衰降导致的容量衰降在循环过程中基本呈现线性增加(如下表所示)。
通过上述工具,Yulun Zhang分析了金属锂电池在循环过程中的寿命衰降机理,研究表明上述的扣式电池在循环过程中的容量损失主要来自于正极活性物质损失,欧姆阻抗引起的极化和NCM材料循环过程中动力学条件降低。
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