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Test di temperatura della batteria agli ioni di litio

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Test di temperatura della batteria agli ioni di litio

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Lo stoccaggio delle batterie agli ioni di litio è molto comune nella pratica e può durare a lungo durante il ciclo di produzione e vendita della batteria. Anche nell'uso pratico possono essere conservate per lungo tempo. Durante il processo di stoccaggio delle batterie agli ioni di litio, soprattutto in ambienti ad alta temperatura, il sistema della batteria si trova in uno stato termodinamico instabile a piena carica e subisce continuamente una transizione verso uno stato di equilibrio. Quando i cambiamenti si accumulano in una certa misura, non solo causano cambiamenti nella tensione e nella resistenza interna delle batterie agli ioni di litio, ma influenzano anche le prestazioni di velocità e le caratteristiche di sicurezza. Pertanto, è particolarmente importante studiare le prestazioni di stoccaggio delle batterie agli ioni di litio in un determinato ambiente. Questo articolo studia il degrado delle prestazioni delle batterie agli ioni di litio in condizioni di piena carica e di stoccaggio a diverse temperature, compresi i cambiamenti di tensione, resistenza, tasso di conservazione della capacità, impedenza e ingrandimento dopo lo stoccaggio.

1 Test

1) Oggetto sperimentale

batteria cilindrica 18650

2) Test di carica e scarica

Prima di immagazzinare la batteria, eseguire un test delle prestazioni di carica e scarica. Dopo essere rimasta a 45 ℃ per 24 ore, utilizzare un tester per verificare le prestazioni della batteria a temperatura ambiente. Per prima cosa, caricare la batteria a una corrente costante di 0,1 C fino a 4,1 V, quindi caricarla a una tensione costante di 4,1 V finché la corrente non scende a 0,01 C, lasciarla riposare per 10 minuti e quindi scaricarla a una corrente costante di 0,1 C fino a 2,7 V. Dopo due cicli, caricare la batteria con una corrente costante di 0,1C a 4,1V, in modo da ottenere uno stato di carica completa.

3) Test di stoccaggio

L'esperimento di stoccaggio delle batterie prevede l'immagazzinamento delle batterie agli ioni di litio in uno stato di piena carica in camere a temperatura costante, rispettivamente a 25 ℃, 45 ℃, 55 ℃ e 65 ℃. L'esperimento di stoccaggio sarà effettuato dopo un certo intervallo di tempo e l'analisi delle prestazioni elettrochimiche e i test relativi a tensione, resistenza interna, ecc. saranno condotti a temperatura ambiente.

2 Risultati dei test

1) Variazione della capacità della batteria

I tassi di conservazione della capacità dopo 241 giorni di stoccaggio a 25 ℃, 45 ℃ e 55 ℃ sono stati rispettivamente del 91,47%, 80,19% e 73,21%, mentre solo il 70,34% è rimasto dopo 150 giorni di stoccaggio a 65 ℃. Si può osservare che la tensione a circuito aperto delle batterie agli ioni di litio conservate a 65 ℃ diminuisce molto più rapidamente rispetto a quelle conservate a temperature inferiori. Ciò è dovuto al fatto che durante lo stoccaggio la batteria passa da uno stato termodinamico instabile a uno stato di equilibrio, con conseguenti cambiamenti nella struttura del materiale dell'elettrodo positivo e reazioni di autoscarica come la perdita di litio attivo all'interno della grafite di carbonio. Con l'aumento della temperatura di stoccaggio, le reazioni che si verificano all'interno della batteria agli ioni di litio diventano più intense.

Allo stesso tempo, il tasso di reazione di decomposizione dei componenti dell'elettrolita aumenta ad alte temperature, portando alla rapida deposizione di impurità e prodotti di reazione laterale sulle piastre degli elettrodi positivi e negativi. Ciò comporta anche una più rapida diminuzione della tensione della batteria alle alte temperature. I risultati indicano che la temperatura delle batterie agli ioni di litio durante lo stoccaggio influisce direttamente sul tasso di reazioni chimiche all'interno della batteria, influenzando così le prestazioni di stoccaggio della batteria. Più alta è la temperatura, più grave è il degrado delle prestazioni.

2) Variazione della resistenza interna della batteria

La resistenza interna delle batterie agli ioni di litio si riferisce alla resistenza che le batterie agli ioni di litio incontrano quando la corrente passa attraverso i vari componenti all'interno della batteria durante il funzionamento. È la somma della resistenza tra le estremità positive e negative, compresa la resistenza delle sostanze attive positive e negative, dell'elettrolito, del diaframma e dei componenti esterni del collettore di corrente. Quando si scarica una batteria agli ioni di litio, se la resistenza interna è piccola, anche la caduta di tensione generata durante la scarica sarà minore, con conseguente minore perdita di capacità e maggiore energia rilasciata. Pertanto, la variazione della resistenza interna delle batterie agli ioni di litio è un fattore importante a cui prestare attenzione durante il processo di stoccaggio.

Dai dati si evince che la temperatura di stoccaggio ha un impatto significativo sulle variazioni della resistenza interna delle batterie agli ioni di litio. La resistenza interna delle batterie agli ioni di litio continuerà ad aumentare durante lo stoccaggio e più alta è la temperatura, più significativo sarà l'aumento. Dopo uno stoccaggio a 25 ℃ per 241 giorni, la resistenza interna delle batterie agli ioni di litio è aumentata solo di 4,2 m Ω (17,95%). A 45 ℃, la resistenza interna delle batterie è aumentata di 8,6 m Ω (37,07%) dopo 241 giorni. Quando la temperatura di stoccaggio raggiunge i 55 ℃ o i 65 ℃, la resistenza interna delle batterie agli ioni di litio subisce un brusco cambiamento, aumentando rispettivamente di 13,5 m (56,25%) e 16,9 mΩ (70,42%) dopo 150 giorni di stoccaggio, con un aumento di circa 3,7 e 4,6 volte rispetto allo stoccaggio a 25 ℃ per lo stesso periodo.

3) Prestazioni della batteria

Le capacità di scarica delle batterie agli ioni di litio con un ingrandimento di 0,2 C, 1 C e 2 C prima dello stoccaggio sono rispettivamente di 1742 mAh, 1612 mAh e 1357 mAh. Dopo 30 giorni di stoccaggio a 65 ℃, le capacità di scarica sono rispettivamente 1594mAh, 1354mAh e 1065mAh. Si può notare che dopo l'immagazzinamento a 65 ℃, la capacità di scarica della batteria ad ogni velocità è diminuita significativamente.

La capacità di scarica alla velocità di 2C prima dello stoccaggio è pari al 77,90% della velocità di 0,2C, mentre la capacità di scarica alla velocità di 2C dopo lo stoccaggio è pari al 66,81% della velocità di 0,2C. Inoltre, si può notare che dopo 30 giorni di stoccaggio a 65 ℃, il plateau di scarica di ciascuna velocità della batteria è diminuito. Ciò è dovuto all'aumento della polarizzazione causata dalle reazioni interne alla batteria durante lo stoccaggio, che riduce la velocità di diffusione degli ioni di litio nei materiali elettrodici positivi e negativi e nell'elettrolita dopo lo stoccaggio, con conseguenti scarse prestazioni della batteria dopo lo stoccaggio.

3 Conclusioni

1) La temperatura delle batterie agli ioni di litio durante lo stoccaggio influisce direttamente sulla velocità delle reazioni chimiche all'interno della batteria, che a sua volta influisce sulle prestazioni di stoccaggio della batteria. Più alta è la temperatura, più grave è il degrado delle prestazioni. Dopo lo stoccaggio a 25 ℃, 45 ℃ e 55 ℃ per 241 giorni, i tassi di conservazione della capacità sono stati rispettivamente del 91,47%, 80,19% e 73,21%, mentre dopo lo stoccaggio a 65 ℃ per 150 giorni è rimasto solo il 70,34%. La resistenza interna aumenta durante lo stoccaggio. Quando la temperatura raggiunge i 55 ℃ o i 65 ℃, aumenta rispettivamente di 13,5mΩ (56,25%) e 16,9mΩ (70,42%) dopo 150 giorni di stoccaggio, con un aumento di circa 3,7 e 4,6 volte rispetto allo stoccaggio a 25 ℃ per lo stesso periodo.

2) Le reazioni interne della batteria durante lo stoccaggio causano la polarizzazione e queste reazioni riducono la velocità di diffusione degli ioni di litio nei materiali elettrodici positivi e negativi e nell'elettrolita dopo lo stoccaggio, con conseguenti scarse prestazioni della batteria dopo lo stoccaggio. La capacità di scarica con ingrandimento a 2C prima dello stoccaggio è pari al 77,90% di 0,2C, mentre dopo 30 giorni di stoccaggio a 65 ℃, la capacità di scarica con ingrandimento a 2C è pari al 66,81% di 0,2C.