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低温下抑制析锂的锂离子电池最大充电电流

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  • 更新日期:2020-04-03 09:46
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详细介绍
为了兼顾电池的寿命、安全与充电速率,希望在抑制析锂的前提下采用尽量大的电流充电。本文研究低温下抑制析锂的锂离子电池最大充电电流。采用热-电化学耦合模型描述锂离子电池的低温性能,分析电池内部的固相与液相电势分布,给出了充电过程中抑制析锂的约束条件。
       锂离子电池在正常工况(合理的倍率、温度与电压范围)工作时,锂离子在两极的活性物质材料中嵌入与脱出。在过充、低温充电、快速充电等较为严苛的工况下,锂离子可能被还原为锂金属并在石墨负极表面析出,即发生析锂[1]。锂离子电池发生析锂后,部分析出的锂金属无法在放电时重新被氧化为锂离子,形成“死锂”,造成电池容量的衰减;另一方面,析出的锂金属可以枝晶的形式附着在石墨负极颗粒表面,持续生长的枝晶甚至可能刺破隔膜,诱发电池内短路。
       为了兼顾电池的寿命、安全与充电速率,希望在抑制析锂的前提下采用尽量大的电流充电。为此,需要知道电池不同状态下的充电电流接受能力,即电池在不同温度、不同荷电状态(State of charge,SOC)下,不发生析锂的最大充电电流。
       当前文献中,Roger D. Perkins 等人[2]利用准静态假设下简化的锂离子电池电化学模型,基于析锂的电势判据,在避免电池过充发生析锂的条件下,给出了常温不同SOC下最大的单次脉冲充电电流;Simon Tippmann等人[3]利用锂离子电池电化学模型结合析锂的电势判据,定性比较了不同温度下以不同充电电流进行恒流- 恒压( Constant currentconstant voltage, CC-CV)充电时的衰减速率,可以用来指导低温下CC-CV充电规程的设计。然而,当前文献中尚未有研究给出不同温度下锂离子电池持续充电过程中抑制析锂的最大充电电流随电池SOC的演变及其确定方法。
       本文利用锂离子电池热-电化学耦合模型,通过分析锂离子电池内部固相电势与液相电势的分布,给出抑制析锂的约束条件;然后,利用抑制析锂的约束条件,得到抑制析锂条件下锂离子电池不同温度下不同SOC的最大充电电流;最后设计实验对获得的最大充电电流曲线进行验证。
 
 
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