1 Kísérlet
1.1 Az akkumulátor előkészítése
Keverje össze 94,0:2,5:3,5 tömegarányban a DY{{0}} lítium-vas-foszfát pozitív elektródát, a Super P vezetőképes szert és a PVDF5130 kötőanyagot, adjon hozzá NMP oldószert, és keverje 5 percig. óra, hogy (60,0 ± 1,5)% szilárdanyag-tartalmú és viszkozitású iszapot kapjunk. 8000mPa · s. A szuszpenziót 16 μm vastag alumíniumfóliára kell bevonni, amelynek felületi sűrűsége (330 ± 3) g/m2. Vákuumsütés után 85 fokon 12 órán át, tekerje fel az elektródát 2,20 g/cm3 tömörített sűrűségre, és kapjon egy 124 mm × 121 mm méretű pozitív elektródát.
Keverje össze a negatív grafitot, a vezetőképes kormot, a Super P-t és az LA133 akrilnitrilt 95,5:1.0:3,5 tömegarányban, készítsen szuszpenziót ionmentesített víz oldószerrel, és vonja be 8 μm vastagságú felületre. (160 ± 2) g/m2 felületi sűrűségű rézfólia. Szárítsa meg és hengerelje be, mint a pozitív elektródát, hogy 1,45 g/cm3 tömörített sűrűséget érjen el, és 130 mm × 127 mm méretű negatív elektródalapot kapjon.
A pozitív és negatív elektródák egymásra helyezését követően a 36130145 alumínium héjú LFP 60Ah névleges kapacitású lítium-ion akkumulátort burkolattal ellátott alumínium burkolattal készítették elő. 12 órás 85 fokos sütés után az elektrolitot befecskendeztük. Az előkészített akkumulátor kémiai átalakuláson és kapacitásmegosztáson esik át. A formázás lépései: Töltés 0,05 C-on 80 percig, majd 0,10 C-on 150 percig, 3,65 V maximális töltőfeszültséggel. Kapacitásmegosztás lépése: Hagyja 45 fokon 12 órán át az öregítéshez, majd kisütje 0,20 C-on 2,50 V alsó határfeszültséggel.
1.2 Morfológia és szerkezetelemzés
Pásztázó elektronmikroszkóppal figyeljük meg az anyag mikroszerkezetét. Használjon röntgendiffraktométert az anyagok szerkezeti változásainak elemzésére.
1.3 Elektrokémiai teljesítményvizsgálat
Tesztelje az akkumulátor EIS-jét elektrokémiai munkaállomással. Használjon nagy pontosságú akkumulátortesztelőt az akkumulátor teljesítményének teszteléséhez, 5 V és 100~50{{10}}A tartományban. Hagyományos kapacitásvizsgálati módszer: 1.{13}}C állandó áramerősséggel töltse fel 3,65 V-ra, majd kapcsoljon állandó feszültségre, és töltse a 0,05 C-ig; Hagyja állni 0,5 órán át, kisütje 1,00 C-tól 2,50 V-ig, hagyja állni 0,5 órán át, ciklus 3-szor.
Akkumulátorciklus-tesztelési módszer: Töltsön 1.00C állandó áramerősséggel 3,65 V-ra, majd váltson állandó feszültségű töltésre 0.05C-ig. Kisütés 1.00C, 2.{{10}}C és 5.00C, illetve 2,50V, ismételje meg a ciklust, hagyja ülj {{30}},5 órát a közepén, amíg 1000-szor meg nem kerekedik. Akkumulátor túlkisülési vizsgálati módszere: A referencia töltési sebesség 1.00C töltésnél és 1,00 C kisütésnél, a túlkisülési feszültségek pedig 0-3.65V, 0.20-3.65V, 0.50-3.65V, 0.80-3.65V és 1.50-3.65V, ill. A hagyományos feszültség 2,50-3,65 V. Egy rögzítőelemet (1400 ± 200) N előfeszítő erő kifejtésére használnak az akkumulátorcella síkjára; A rögzítés hiánya azt jelenti, hogy 0 N előfeszítő erőt kell kifejteni az akkumulátorcellára.
Az akkumulátor élettartamának vizsgálati módszere: ① Töltés 0,50C állandó áramerősséggel 3,65 V-ra, állandó feszültségű töltésre váltson 0-ra.05C-os lekapcsolás , hagyja állni 0,5 óráig, kisütés 78{{20}}W-ról 2,50V-ra, rögzítési kapacitás 1; ② Tegye félre 0,5 órára, töltse fel 3,65 V-ot 0,50C állandó árammal, váltson állandó feszültségű töltésre 0,05 C lekapcsolásig, félretesszük 0,5 órára, kisütjük a megadott feszültségre (1,50 V, 0,80 V, 0,50 V) 780 W-on, félretesszük a meghatározott idő, töltse fel 3,65 V-ot 0,10 C állandó árammal, kapcsoljon állandó feszültségű töltésre 0,05 C-os lekapcsolásig, tegye félre 0,5 órára, és kisütje 2,50 V-ra 780 W-on, rögzítse a kisütési kapacitást 2; ③ Ismételje meg az 1. lépést, jegyezze fel a 3. kiürítési kapacitást, és ismételje meg az 1-3.
2 Eredmények és megbeszélés
2.1 Ciklikus teljesítmény különböző nagyításokkal
A kísérletet az adatközpontban használt akkumulátorral végeztük, az akkumulátor sebességciklusos teljesítményét az 1. ábra mutatja. Az ábráról látható, hogy azonos töltési sebesség mellett 2{{3 }}0 kisütési ciklus 2.00C és 5.00C hőmérsékleten, a kapacitás 14%-kal, illetve 20%-kal csökken. Az 1,00C-os kisütési ciklushoz képest a kapacitás 12%-kal csökken, ami 2, illetve 8 százalékponttal alacsonyabb. A kerékpározási teljesítmény szempontjából az akkumulátorok a hosszú sebességű kerékpározás jellemzőivel rendelkeznek.
2.2 A túlkisülési ciklus teljesítményének jellemzői különböző feszültségtartományokban
A különböző feszültségtartományokban lévő alumíniumhéjakkumulátorok túlkisülési jellemzőinek tanulmányozására folyamatos ciklusos teszteket végeztünk az akkumulátorokon, a változók a feszültségtartomány és az akkumulátor állapota a kerékpározás során: rögzítéssel vagy anélkül. Az elemeket külön számozzuk meg, és tekintse meg az 1. táblázatot az elemek változásairól és kezdeti állapotáról. Az akkumulátorok töltöttségi állapota (SOC) 30%. Az 1. táblázatban felsorolt 12 elemcsoport kezdeti feszültségéből, belső ellenállásából és vastagságából 30% SOC mellett a kísérleti akkumulátorok konzisztenciája jó.
Végezzen folyamatos ciklikus tesztelést az akkumulátoron, és a csillapítási görbe az alábbi ábrán látható. Látható, hogy ha az akkumulátornak nincs rögzítőeleme, az akkumulátor kerékpározási teljesítménye fokozatosan romlik, ahogy a túlmerülés mértéke nő. Ha az akkumulátor kisülési kapcsolófeszültsége 2,50V, 1,50V, 0,80V, 0,50 V, 0,20 V és 0 V, a ciklusok száma és az akkumulátor kapacitásának megtartása 94,07% 1000 ciklus után, 80,00% 1000 után ciklusok, 74,93% 648 ciklus után, 67,72% 360 ciklus után, 63,26% 119 ciklus után és 61,85% 145 ciklus után.
Ha az alsó határfeszültség 1.00V-tal csökken (2,50V-ról 1,50V-ra), a csillapítási arány 14%-kal növekszik azonos ciklusszám mellett; Ha az alsó határfeszültség 1,70V-tal csökken (2,50 V-ról 0,80 V-ra), a ciklus élettartama csak 648-szoros; És amikor az akkumulátor 0 V-ra lemerül, a ciklus élettartama 145-szeresére csökken. A kisülési alsó határfeszültség csökkenése jelentősen befolyásolja az akkumulátor élettartamát. Az akkumulátor töltési és kisütési feszültségtartományának bővítése növelheti annak kapacitását, például ha a feszültség 2,50-3,65 V-ról 0-3,65 V-ra változik. Az akkumulátor kapacitása 4Ah-val nőtt.
Az akkumulátorok még lámpatestekkel is ugyanolyan teljesítményt mutatnak, mint lámpatestek nélkül. Minél alacsonyabb az akkumulátor kisülési feszültsége, annál rövidebb a ciklus élettartama. 2,50V, 1,50V, 0,80V, 0,50 V, 0,20 V és 0 V kisülési lekapcsolási feszültségeknél a ciklusok száma és az akkumulátor visszatartási aránya 96,03% 1000 ciklus után, 86,73% 928 ciklus után, 733 ciklus után 84,46%, 741 ciklus után 81,95%, 598 ciklus után 61,28%, 647 ciklus után 60,08%.
2.3 A túlkisülési ciklus teljesítményének jellemzői különböző előfeszítő erők mellett
Minél mélyebb az akkumulátor túlkisülése előfeszítő erővel vagy anélkül, annál rosszabb a ciklus élettartama. Fedezze fel a lámpatestek jelenlétének vagy hiányának az akkumulátor teljesítményére gyakorolt hatását. Az adatok elemzésével hasonlítsa össze az elemek ciklikus teljesítményét rögzítéssel és anélkül, azonos működési feltételek mellett.
Az akkumulátor tényleges kerékpározási feszültségtartományától függetlenül a rögzítőelemekkel ellátott akkumulátorok kerékpározási teljesítménye jobb, mint a rögzítőelem nélkülieké. Azonban ahogy a kisülési feszültség alsó határa tovább növekszik, a lámpatestek hatása az akkumulátor ciklusteljesítményére fokozatosan csökken. {{0}}~3,65 V között az akkumulátor élettartama lámpatestekkel 647-szer, míg az akkumulátor élettartama lámpatestek nélkül 145-szeres, ami 502-szeres különbség; 0.20-3.65 V-nál az akkumulátor élettartama lámpatestekkel 598-szor, míg az akkumulátor élettartama lámpatestek nélkül 119-szeres, ami 479-szeres eltérést jelent; 0.50-3,65 V-on az akkumulátor kapacitás-megtartási rátája rögzítőelemek nélkül 67,72% 360 ciklus után, míg a szerelvényekkel ellátott akkumulátor kapacitásmegtartási aránya 90.00%; 0.80-3,65 V feszültségnél az akkumulátor kapacitásmegtartási rátája rögzítőelemek nélkül 80.00% 500 ciklus után, míg a rögzítőelemekkel ellátott akkumulátor kapacitásmegtartási aránya 92,00 %; 1.50-3,65 V-nál az akkumulátor rögzítőelemek nélküli kapacitás-megtartási aránya 84,55% volt 928 ciklus után, míg a szerelvényekkel ellátott akkumulátor kapacitásmegtartási rátája 86,73% volt, ami 2,5%-os növekedést jelent. 2,18 százalékpont a kapacitásmegtartásban; 2.50-3.65 V feszültségnél a rögzítőelemek nélküli akkumulátor kapacitásmegtartási aránya 94,07% 1000 ciklus után, míg a szerelvényekkel ellátott akkumulátor kapacitásmegtartási aránya 96,03%.
Ahogy a kisülési feszültség alsó határa nő, a lámpatestek befolyása az akkumulátor ciklusteljesítményére fokozatosan gyengül, ami a rögzítőelemekkel ellátott és a nélküli akkumulátorok közötti kapacitás-megtartás közötti rés szűkülésében nyilvánul meg. Ez azt jelzi, hogy a lámpatestek javító hatása az akkumulátor ciklusteljesítményére gyengül a magasabb feszültségtartományokban.
Az EIS tesztelést az akkumulátorokon (A, B, C, F stb. csoportok) végezték a kerékpározás későbbi szakaszaiban, egyes sémáknál rögzítéssel és anélkül, és az eredményeket a 3. ábra mutatja. impedancia spektrum félkör az Rb interfész impedancia az elektróda és az elektrolit interfész között; A félkör végpontja az Rct töltésátviteli impedancia; Az átlós vonal azt az impedanciát jelenti, amelyet a Li+ diffúziója okoz az aktív anyagrészecskék belsejében, ami a Warburg impedancia (Dw). Rb-ből és Rct-ből: A-1
Ez azt is megerősíti, hogy a külső nyomás csökkentheti az elektróda interfész hézagait és növelheti az érintkezési felületet. Alacsonyabb nyomás alatt az akkumulátor összenyomódik és a vastagsága csökken, ami csökkentheti az érintkezési ellenállást, lerövidítheti a Li+átviteli utat, és minimálisra csökkenti az aktív lítium veszteségét; Ezenkívül megakadályozhatja a pozitív és negatív elektródák leválását, amelyet a gázképződés okoz az alacsony feszültségű kisülés során, csökkenti az akkumulátor visszafordíthatatlan tágulását, fenntartja a pozitív és negatív elektródák stabilitását, és javítja az akkumulátor ciklusteljesítményét. Minél alacsonyabb a kisülési alsó határfeszültség, annál mélyebb a negatív elektróda anyagának lítium kivonása, és annál súlyosabb az akkumulátor gáztermelése. A lámpatestek jelenléte hatékonyan elnyomja a gáztermelés okozta Li+aktivitás veszteséget, ezáltal javítva az akkumulátor kerékpározási teljesítményét. Ez magyarázza azt is, hogy a kisülési feszültség fokozatos növekedésével miért csökken a ciklusok számának különbsége a rögzítőelemes és a nélküli akkumulátorok között.
Az akkumulátor ciklusának különböző feszültségek melletti változásának további megfigyelése érdekében az akkumulátort szétszerelték, és megfigyelték a pozitív és negatív elektródák anyagának változásait.
Morfológiai szempontból nincs szignifikáns különbség a pozitív és negatív elektródák között a túlkisülési ciklusok után. A negatív elektróda blokkként, míg a pozitív elektróda apró részecskékként jelenik meg. A rögzítőelemek jelenléte vagy hiánya nincs hatással a pozitív és negatív elektródák anyagának morfológiájára. A folyamatos sekély töltés és mélykisülés során az anyag egységcella paraméterei különösen negatív elektróda anyagok esetén módosulhatnak, ami a rétegek közötti távolság változását eredményezheti.
Az XRD analízist a negatív elektródán végeztük, és az eredményeket az ábra mutatja. Az ábráról jól látható, hogy bár az akkumulátort különböző feszültségtartományokban ciklusolják, a negatív elektróda anyaga a ciklus után továbbra is grafit, és más új anyag nem keletkezik. Ugyanezen feszültségtartományon belül a bilincs nélküli akkumulátor negatív elektródalapjainak (002) és (100) karakterisztikus csúcsai alacsonyabb szögek felé tolódnak el, jelezve, hogy a grafit rácsparaméterei nőnek és a síkközi távolság nő.
Ez azt jelenti, hogy a rögzítőelemes akkumulátorokhoz képest a nem rögzítőelemek grafit rétegközi távolsága tovább növekszik a folyamatos töltési és kisütési folyamat során. Ennek az anyagnak a mikroszkopikus változásai a kerékpározási teljesítmény súlyosabb romlását eredményezik, és azt is megmagyarázzák, hogy a rögzítőelemekkel ellátott akkumulátorok kerékpározási teljesítménye miért lényegesen jobb, mint az azonos feszültségtartományban lévő lámpatest nélküli akkumulátoroké.
2.4 A naptári élettartam változásának jellemzői az akkumulátor túlmerülése után
Az akkumulátor kapacitásának hosszú távú túlmerülés utáni változásának további megfigyelése érdekében az akkumulátor kapacitásának megtartását és helyreállítását a megadott 0,50V, 0,80 V, 1,50 feszültségre való lemerülés után V és 2,50 V feszültséget vizsgáltak egy bizonyos ideig.
Még akkor sem, ha az akkumulátort alacsony feszültségen tárolják, nem következik be kapacitáscsökkenés, ami nincs jelentős hatással a kapacitásra, és nem okoz kapacitáscsökkenést a túltöltés miatt. Módszertani szempontból az akkumulátor túlzott lemerülése után hagyható egy ideig, és kis árammal újratölthető, hogy helyreállítsa és fenntartsa a kapacitását.
3 Következtetés
Az adatközpontokban használt lítium-ion akkumulátorok jellemzőinek vizsgálata alapján feltártam a különböző előfeszítő erők hatását a túlkisülésre. Az eredmények azt mutatták, hogy:
Kétféle előfeszítő erőt alkalmazva az akkumulátorra bilincsekkel és anélkül, hat feszültségtartományban mozoghat: {{0}}~3,65 V, 0,20~3,65 V , 0,50–3,65 V, 0,80–3,65 V, 1,50–3,65 V és a hagyományos tartomány 2,50-3,65 V, függetlenül attól, hogy van-e bilincs, minél alacsonyabb az akkumulátor kisülési feszültsége, annál gyorsabban csökken a kapacitás. Gyakorlati alkalmazásokban a hosszú távú alacsony feszültségű ciklusokat lehetőleg kerülni kell az akkumulátor élettartamának meghosszabbítása érdekében.
A rögzítőelemek javíthatják az akkumulátorok kerékpározási teljesítményét, de hatásuk gyengül, ahogy a kisütési feszültség nő. Az EIS, XRD és egyéb tesztek eredményei azt mutatják, hogy a fixture biztosítja a pozitív és negatív elektródák aktív anyagainak stabilitását kerékpározás közben, csökkenti az elektródák interfész hézagát, növeli az érintkezési felületet, csökkenti az ohmos ellenállást, lerövidíti a Li+transzport utat, csökkenti az aktív lítiumot csökkenti a veszteséget, csökkenti az akkumulátor visszafordíthatatlan tágulását, és javítja az akkumulátor ciklusteljesítményét. A kísérleti eredmények irányadó jelentőséggel bírnak az akkumulátor-összeállítás tervezésében, és javasolt, hogy a jövőbeli kutatók fontolják meg a szoros összeszerelési tervezést az akkumulátor teljesítményének javítása érdekében.
Különböző túlkisülési feszültségtartományokban történő hosszú távú tárolás után az akkumulátor kapacitása nem csökken a kisülési lekapcsolási feszültség csökkenésével. Kis áram-utánpótlással meg lehet tartani és helyreállítani a kapacitást. Ez megoldást nyújt a hosszú távú tárolás utáni csökkent akkumulátorteljesítmény problémájára.