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Prueba de temperatura de la batería de iones de litio

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Prueba de temperatura de la batería de iones de litio

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El almacenamiento de baterías de iones de litio es muy común en la práctica, y pueden almacenarse durante mucho tiempo durante el ciclo de producción y venta de la batería. En la práctica, también pueden almacenarse durante mucho tiempo. Durante el proceso de almacenamiento de las baterías de iones de litio, especialmente en entornos de alta temperatura, el sistema de la batería se encuentra en un estado termodinámico inestable bajo carga completa, y experimentará continuamente una transición a un estado de equilibrio. Cuando los cambios se acumulan hasta cierto punto, no sólo causarán cambios en el voltaje y la resistencia interna de las baterías de iones de litio, sino que también afectarán al rendimiento de la tasa y a las características de seguridad. Por lo tanto, es especialmente importante estudiar el rendimiento de almacenamiento de las baterías de iones de litio en un entorno determinado. Este artículo estudia la degradación del rendimiento de las baterías de iones de litio en estado de carga completa y almacenamiento a diferentes temperaturas, incluidos los cambios en la tensión, la resistencia, la tasa de retención de la capacidad, la impedancia y el aumento después del almacenamiento.

1 Ensayo

1) Objeto experimental

batería cilíndrica 18650

2) Prueba de carga y descarga

Antes de almacenar la batería, prueba de rendimiento de carga y descarga. Después de permanecer a 45 ℃ durante 24 horas, utilice un comprobador para probar el rendimiento de la batería a temperatura ambiente. Primero, cargue la batería a una corriente constante de 0,1C a 4,1V, luego cárguela a un voltaje constante de 4,1V hasta que la corriente baje a 0,01C, déjela reposar durante 10 minutos y luego descárguela a una corriente constante de 0,1C a 2,7V. Después de dos ciclos, carga la batería a una corriente constante de 0,1C a 4,1V, para que tenga un estado de carga completa.

3) Ensayo de almacenamiento

El experimento de almacenamiento de la batería almacenará las baterías de iones de litio en un estado completamente cargado en cámaras de temperatura constante a 25 ℃, 45 ℃, 55 ℃ y 65 ℃, respectivamente. El experimento de almacenamiento se llevará a cabo tras un cierto intervalo de tiempo, y el análisis del rendimiento electroquímico y las pruebas relacionadas con el voltaje, la resistencia interna, etc. se realizarán a temperatura ambiente.

2 Resultados de las pruebas

1) Cambio de capacidad de la batería

Los índices de retención de la capacidad tras 241 días de almacenamiento a 25 ℃, 45 ℃ y 55 ℃ fueron del 91,47%, 80,19% y 73,21%, respectivamente, mientras que sólo se mantuvo el 70,34% tras 150 días de almacenamiento a 65 ℃. Se puede observar que la tensión de circuito abierto de las baterías de iones de litio almacenadas a 65 ℃ disminuye significativamente más rápido que las baterías almacenadas a temperaturas más bajas. Esto se debe a que la batería experimenta una transición de un estado termodinámico inestable a un estado de equilibrio durante el almacenamiento, lo que provoca cambios en la estructura del material del electrodo positivo y reacciones de autodescarga como la pérdida de litio activo dentro del carbono grafítico. A medida que aumenta la temperatura de almacenamiento, las reacciones que se producen en el interior de la batería de iones de litio se hacen más intensas.

Al mismo tiempo, la velocidad de reacción de descomposición de los componentes del electrolito aumenta a altas temperaturas, lo que provoca la rápida deposición de impurezas y productos de reacción secundarios en las placas de los electrodos positivo y negativo. Esto también conduce a una disminución más rápida del voltaje de la batería a altas temperaturas. Los resultados indican que la temperatura de las baterías de iones de litio durante su almacenamiento afectará directamente a la velocidad de las reacciones químicas en el interior de la batería, afectando así al rendimiento de almacenamiento de la misma. Cuanto mayor sea la temperatura, más grave será la degradación del rendimiento.

2) Cambio de la resistencia interna de la batería

La resistencia interna de las baterías de iones de litio se refiere a la resistencia que encuentran las baterías de iones de litio cuando la corriente pasa por varios componentes del interior de la batería durante su funcionamiento. Es la suma de la resistencia entre los extremos positivo y negativo, incluida la resistencia de las sustancias activas positiva y negativa, el electrolito, el diafragma y los componentes externos del colector de corriente. Al descargar una batería de iones de litio, si la resistencia interna es pequeña, la caída de tensión generada durante la descarga también será menor, lo que se traducirá en una menor pérdida de capacidad y una mayor liberación de energía. Por lo tanto, el cambio en la resistencia interna de las baterías de iones de litio también es un factor importante al que hay que prestar atención durante el proceso de almacenamiento.

De los datos se desprende que la temperatura de almacenamiento tiene un impacto significativo en los cambios de resistencia interna de las baterías de iones de litio. La resistencia interna de las baterías de iones de litio seguirá aumentando durante el almacenamiento, y cuanto mayor sea la temperatura, más significativo será el aumento. Después de almacenar a 25 ℃ durante 241 días, la resistencia interna de las baterías de iones de litio sólo aumentó en 4,2m Ω (17,95%). A 45 ℃, la resistencia interna de las baterías aumentó en 8,6 m Ω (37,07%) después de 241 días. Cuando la temperatura de almacenamiento alcanza 55 ℃ o 65 ℃, la resistencia interna de las baterías de iones de litio experimenta un cambio brusco, aumentando 13,5 m (56,25%) y 16,9 mΩ (70,42%) respectivamente tras 150 días de almacenamiento, con un aumento de aproximadamente 3,7 y 4,6 veces el de 25 ℃ de almacenamiento durante el mismo tiempo.

3) Rendimiento de la tasa de la batería

Las capacidades de descarga de las baterías de iones de litio a un aumento de 0,2C, 1C y 2C antes del almacenamiento son de 1742 mAh, 1612 mAh y 1357 mAh, respectivamente. Después de 30 días de almacenamiento a 65 ℃, las capacidades de descarga son 1594mAh, 1354mAh, y 1065mAh, respectivamente. Se puede observar que después del almacenamiento a 65 ℃, la capacidad de descarga de la batería en cada tasa ha disminuido significativamente.

La capacidad de descarga a una tasa de 2C antes del almacenamiento es del 77,90% de la tasa de 0,2C, mientras que la capacidad de descarga a una tasa de 2C después del almacenamiento es del 66,81% de la tasa de 0,2C. Además, se puede observar que después de 30 días de almacenamiento a 65 ℃, la meseta de descarga de cada tasa de la batería ha disminuido. Esto se debe al aumento de la polarización causada por reacciones internas en la batería durante el almacenamiento, lo que reduce la velocidad de difusión de los iones de litio en los materiales de electrodo positivo y negativo y el electrolito después del almacenamiento, lo que resulta en un pobre rendimiento de la tasa de la batería después del almacenamiento.

3 Conclusiones

1) La temperatura de las baterías de iones de litio durante el almacenamiento afectará directamente a la velocidad de las reacciones químicas dentro de la batería, lo que a su vez afecta al rendimiento de almacenamiento de la batería. Cuanto mayor sea la temperatura, más grave será la degradación del rendimiento. Tras el almacenamiento a 25 ℃, 45 ℃ y 55 ℃ durante 241 días, las tasas de retención de capacidad fueron del 91,47%, 80,19% y 73,21%, respectivamente, mientras que tras el almacenamiento a 65 ℃ durante 150 días, sólo se mantuvo el 70,34%. La resistencia interna aumenta durante el almacenamiento. Cuando la temperatura alcanza 55 ℃ o 65 ℃, aumenta en 13,5mΩ(56,25%) y 16,9mΩ(70,42%) tras 150 días de almacenamiento, respectivamente, con un aumento de aproximadamente 3,7 y 4,6 veces el del almacenamiento a 25 ℃ durante el mismo tiempo.

2) Las reacciones internas de la batería durante el almacenamiento causarán polarización, y estas reacciones reducen la velocidad de difusión de los iones de litio en los materiales de electrodo positivo y negativo y el electrolito después del almacenamiento, lo que resulta en un rendimiento de baja tasa de la batería después del almacenamiento. La capacidad de descarga a 2C de aumento antes del almacenamiento es del 77,90% de 0,2C, y después de 30 días de almacenamiento a 65 ℃, la capacidad de descarga a 2C de aumento es del 66,81% de 0,2C.