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锂电池充放电倍率对电池性能有何影响?

北极星储能网  来源:电池中国网    2019/1/18 8:52:43  我要投稿  

北极星储能网讯:锂电池充放电倍率对电池性能有何影响?锂离子电池的充放电倍率,决定了我们可以以多快的速度,将一定的能量存储到电池里面,或者以多快的速度,将电池里面的能量释放出来。正负极、电解液都会影响锂电池的充放电倍率性能。

我们都知道,锂电池随着充放电次数的增加,容量会越来越少,直接表现就是锂电池的性能越来越差。

哪些因素会限制锂电池的充放电倍率性能?

锂电池的充放电倍率性能,与锂离子在正负极、电解液、以及他们之间界面处的迁移能力直接相关,一切影响锂离子迁移速度的因素(这些影响因子也可等效为电池的内阻),都会影响锂离子电池的充放电倍率性能。此外,电池内部的散热速率,也是影响倍率性能的一个重要因素,如果散热速率慢,大倍率充放电时所积累的热量无法传递出去,会严重影响锂电池的安全性和寿命。因此,研究和改善锂电池的充放电倍率性能,主要从提高锂离子迁移速度和电池内部的散热速率两个方面着手。

1.锂电池的内阻

一般在正极活性物质内部会添加导电剂,从而降低活性物质之间、活性物质与正极基体/集流体的接触电阻,改善正极材料的电导率(离子和电子电导率),提升倍率性能。不同材料不同形状的导电剂,都会对锂电池的内阻产生影响,进而影响其倍率性能。

正负极的集流体(极耳)是锂离子电池与外界进行电能传递的载体,集流体的电阻值对电池的倍率性能也有很大的影响。因此,通过改变集流体的材质、尺寸大小、引出方式、连接工艺等,都可以改善锂电池的倍率性能和循环寿命。

此外,隔离膜的吸液率和孔隙率也对锂离子的通过性有较大的影响,也会一定程度上影响锂电池的倍率性能(相对较小)。

锂电池电解质与正负极材料的浸润程度,会影响电解质与电极界面处的接触电阻,从而影响电池的倍率性能。电解质的总量、粘度、杂质含量、正负极材料的孔隙等,都会改变电解质与电极的接触阻抗,是改善倍率性能的重要研究方向。

2.电解质的离子电导率

电解质的离子电导率如同水的阻力一样,对锂离子游泳的速度有非常大的影响。目前锂离子电池所采用的有机电解质,不管是液体电解质,还是固体电解质,其离子电导率都不是很高。电解质的电阻成为整个电池电阻的重要组成部分,对锂电池高倍率性能的影响不容忽视。

除了提高电解质的离子电导率之外,还需要着重关注电解质的化学稳定性和热稳定性。在大倍率充放电时,电池的电化学窗口变化范围非常宽,如果电解质的化学稳定性不好,容易在正极材料表面氧化分解,影响电解质的离子电导率。

3.正、负极的锂电池扩散能力

锂电池在正/负极活性物质内部的脱嵌和嵌入的速率,也就是锂离子从正/负极活性物质里面跑出来的速度,或者从正/负极表面进入活性物质内部找个位置“安家”的速度到底有多快,这是影响充放电倍率的一个重要因素。

影响锂电池高倍率充放电性能的因素:

容量,容量保持能力差是锂电池负极在高倍率充放过程中的最大问题,这主要与电极材料的结构、颗粒大小、电极导电性和电极表面SEI膜的稳定性等因素有关。

材料尺寸,锂电池负极材料的尺寸直接关系着锂离子在其中扩散路径的长短,对电极高倍率性能产生很大的影响。

电极表面电阻,锂离子在嵌入负极的过程中,首先要扩散到固体电解质相界面膜(SEI膜)与负极材料的界面处,因此电极表面电阻相当于锂离子扩散过程中的一道门槛,影响着锂离子的嵌入和脱出,尤其在高倍率充放电时更加明显。

过放电对电池性能有何影响?

锂电池放完内部储存的电量,电压达到一定值后,继续放电就会造成过放电,通常根据放电电流来确定放电截止电压。0.2C-2C放电一般设定1.0V/支,3C以上如5C或10C放电设定为0.8V/支,电池过放可能会给电池带来灾难性的后果,特别是大电流过放,或反复过放对电池影响更大。

一般而言,过放电会使锂电池内压升高,正负极活性物质可逆性受到破坏,即使充电也只能部分恢复,容量也会有明显衰减。


原标题:锂电池充放电倍率对电池性能有何影响?

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