APP下载

废旧锂电池梯次利用容量和内阻变化特性研究

2021-12-30

科技创新与应用 2021年25期
关键词:梯次静置内阻

胡 跃

(广州中国科学院沈阳自动化研究所分所,广东 广州510000)

在研究过程中,锂电池的动力电池具有更快速且精准的模式。锂离子电池通过不断的技术改进以及升级,其已经在上海世博会等得到了有效推广。但在大规模应用中,依然存在一些亟待解决的问题。如锂电池成本较高,且锂电池直接淘汰将造成资源的浪费。锂电池的相关电池问题亟待解决,这些问题如没有得到有效解决,将导致出现阻碍锂电池使用的问题。锂电池具有明显使用特性,其整体的性能要求较低。例如,在储存系统中,电动汽车淘汰电池具备在储存系统的规模分散条件,因此在定值梯次利用中,可以根据电动汽车的动力电池,满足其功率以及能量需求,并将其应用至其他领域,充分发挥自身的剩余价值。这对其未来发展具有重要意义,同时也是锂离子电池在电动汽车上的推广因素。

1 电池梯次利用现状研究

在电池梯次的利用现状中,电动汽车目前是我国集中发展的领域之一。目前我国经济实力整体增强,居民的生活水平直线上升,因此,未来汽车将得到全面普及。作为革命性的目标,电动汽车的出现可以有效解决现有汽车领域的问题,例如对环境造成恶劣的影响、汽车燃油资源的消耗等。汽车在发展中,世界各国政府都针对汽车的污染投入了较高的关注度,提供了大量的人力、物力、财力。而电动汽车的出现,有效避免了空气污染。目前,全国电动汽车的保有量已达到500万辆规模。动力电池是电动汽车核心部分[1]。文章根据锂电池的电池梯次进行分析,并根据其整体的说明,进行二次领域研究,并根据其电子电池的利用领域过程以及相关步骤等进行初步探究。通过多样性的方法,可以有效地针对经过使用已报废的锂电池,完成筛选[2]。

通过我国的发展研究,可以有效知晓在锂电池使用过程中,将容量峰值以及老化电池作为筛选的依据。根据实验证实,考虑锂电池的利用以及其报废后的社会治理成本制定有力的执行方案。根据电池成本可以充分分析电池梯次利用可行性,以有效地根据其整体的使用模式达成适用领域。目前,我国在研究推广计划中,将电池梯次的利用技术纳入市场范围,制定对电池技术进行筛选原则。根据其相关方法以及系统方案进行研究,以实现有效地导入,具有重大创新性[3]。

2 锂电池的循环寿命研究分析

近年来,针对国外关于锂电池循环寿命的研究,可分为以下两类:其一为基于经验的方法;其二为基于性能的方法。其中,在基于经验的方法中,循环周期数法是有效的代表。该方法通过对电池循环周期的计算,可以对电池的使用次数进行限制。在相关研究中,可以有效地达到某一范围内。锂电池达到使用寿命后,根据实际使用中的经验,满足使用条件的设定[4]。

而基于性能的寿命预测方法,可以从锂电池的参数以及数据驱动着手,根据实践经验分析出锂电池内部导致容量衰竭的重要原因,并设定单粒子模型,通过模型可以有效描述电池电量老化因素影响的规律。包含温度、电压以及荷载等操作方法,适用于相关条件的运行方法。在相关策略的分析中,与其他的方法相比更为细致。但整体的模型需要精细的参数,因此复杂程度较高。

3 锂电池的工作原理

锂电池在工作中,以相关的碳柔性材料为主,完成锂电池材料的有效连接。在相关的电池中,其相关的电池物内含无穷,通过化合物及电解质溶解的锂盐,完成锂电池的充电、放电。在对锂电池的工作原理分析中,可以根据其相关的负极溶解锂盐,形成有机溶剂。在正常充电、放电状态下,锂离子在从重结构以及层状结构氧化当中,可以引起材料的变化。在充放电过程中,锂离子的充电反应方程式有以下三种[5-7]:

其一,正极反应:LiMyOz——Li(1-x)MyOz+xLi++xe;

其二,负极反应:xLi++xe+6C——LixC6;

其三,电池反应:LiMyOz+6C——Li(1-x)MyOz+LixC6。

尖晶石是锂电池中的一种物质,其来源广泛且价格较为低廉。在Mn3+、Mn4+中,二者的综合比例各占50%。因此,在充电过程中,锂电池的内部尖晶石比例由50%上升至70%。且多出的锂离子在电极溶液中能够完成正极移动,促使锂离子中的负极处于负级,有效地完成应用分析。并且相关的锂离子处于脱锂状态,二者为了有效确保电荷平衡,实现电子补偿,应尝试从外部电路中实现负极锂离子以及电子的集中整合。确保其整体符合周围的原子,从新形成的锂原子,插入到石墨晶体的晶状层。在放电过程中,可以根据锂原子在石墨晶体内部完成表面移动,并生成锂离子和电离子。在锂电池的循环使用、放电过程中,经过电解液后回到正极。正极锂离子聚集较多,为了补偿电荷、电子,在外电路中也可以通过负极流向正极。

4 梯次利用锂离子电池循环的性能测试

在本课题的研究中,通过选取测试对象,可以将测试对象定为电动汽车淘汰电池中的第10项电池。淘汰的相关电池,其内部包含了4个串模组,每个模组包含4个电池模板,共计64只单体电池。单体电池的额定容量为90Ah。在锂电池梯次利用中,其更换方式在固定时间(锂电池报废时间)在每一模块中单独剔除。在剔除后,去除单个旧电池,并补上全新生产电池。在本课题的研究中,可以对梯次利用电池循环特性进行研究。根据电池的老化情况、使用路径等对电池的影响较大,因此必须选取电池中的48只电池进行初步筛选。根据实际容量,分析整体的内阻参数,进行相关模式确定[8-9]。

此外,进行欧母内阻,首先在实际容量确定中将整体保持在25℃,静置4小时。在测试过程中,考虑到废旧锂电池的静置时间较长,因此在进行初始容量标定时,为了确保实验数据具有明显的可行性,必须进行电池活化试验。例如,可用相关的电流和内电压进行充电,在充电完毕后静置15分钟。在活化测试完毕后,进行欧姆内阻测试。在测试中,保持25℃,静置1小时。最后,采用相关的电流恒流,对其进行充电。电压截止至4.2V,最后转为恒压充电电流,降低0.05℃,静置1小时。在综合确定了后,以脉冲放进1小时后,在内电压和电流之间的情况比较作为电池欧姆内阻,随后进行制定以清除电流。

5 循环过程基础性能测试的实验设计

5.1 容量测试方法

电池在长期使用中,其实际容量有可能会出现一定的衰退。因此,根据锂电池的整体健康状态,必须进行有效评估。通过综合评估,可以对废旧锂电池在报废前的循环模式实现有效认知。在循环过程技术测试中,整体的测试流程需要模拟实际使用情况。可根据以下方法,将容量测试的模式、电压、温度等进行设定:

其一,将电池保持在25℃环境中,静置1小时;

其二,通过电流恒流,对锂电池进行充电。并将电压截止至4.2V,在恒压充电结束后静置30分钟;

其三,通过电流横流放电,并截止电压。需要设定电压,可保持在3V,并静置30分钟,重复以上步骤5次。在测试完毕后,根据5次发出的不同容量,为当前循环次数下的电池实际容量。

5.2 内阻测试方法

在实验中,基于内阻测试,可以得出多样性测试方法,主要可根据以下流程进行:

其一,将电池保持在25℃环境中,静置1小时;

其二,通过电流恒流,对锂电池进行充电(设置17A)。并将电压截止至4.2V,在恒压充电结束后(2.5A),静置30分钟;

其三,在内阻测试中,根据0.6电流恒组值,使其整体达至10%,静置1小时。重复以上步骤10次。在测试完毕后,根据10次发出的不同容量,为当前循环次数下的电池实际容量。

5.3 极化内阻测试方法

在研究过程中,根据极化内阻的测量方法,可以以恒流方式,将电池充满最后静置1小时,再根据以下流程进行:

其一,将电池保持在25℃环境中,静置1小时;

其二,通过电流恒流,对锂电池进行充电(设置0.3C)。并将电压截止至4.2V,在恒压充电结束后(2.5A),静置30分钟;

其三,在极化内阻测试中,根据SOC电流恒组值,使其整体达至10%,静置1小时。重复以上步骤20次。在测试完毕后,根据20次发出的不同容量,为当前循环次数下的电池实际容量。

根据以上的流程可以得知,其电流在极化电压以及阻抗电压中,二者较大。同时,电压的恒值与电流倍数有关。越大对应的相化,其整体电压便越大。在极化内阻中,呈现出电流越小,其整体抗阻越大的趋势。为了深度分析其中的原因,可以采取10%~20%SOC。在相关的倍率测试下,完成计划添加,并在其相关的电流为零时,计划电压为0。以电流“E”为自变量,进行综合模式的拟定。

6 梯次利用锂离子电池容量循环特性

在本文研究中,本文针对锂电池的实际使用情况设定了三个相应的说明实验。根据倍率应力以及区间应力之间的耦合指数,以分析废旧锂电池的梯次利用容量。在累计使用容量中,根据相关数据,可以得知其整体的实际容量衰退分为三部分,每一部分的电池性能衰退将会造成一定的流量损失。在电化学热学理论中,其认为电流无限小时,电池的内阻降压反而较小。在电池充放电过程中,其维持平衡电位。此外,电池处于热力平衡状态。电池释放出的容量略等于电池的最大容量,在电池的老化过程中,可以使用容量的变化试剂表征相关变化。在代表相关的初始实验时,可以根据电流释放的容量,计算循环次数,完成有效切换。

在相关的容量分析下,通过0%~90%SOC循环期间的容量衰退情况,可以得知在相关循环利率之中,二者的实际容量衰退较近。根据各区间的容量衰退,导致整体的容量次数具有一定的比值变化。在经过相关测试后,大体可以增加80%。在此阶段,锂电池使用期间,有可能会出现加速衰退。在800~900循环容量中,其衰退率增加2.88%。可以得知该容量衰退区间可以成为容量衰退的最快区间。为了更好地深入研究相关原因,可以对比该区间800次循环以及修改次循环后的相关图谱,以分析相关的峰值高度。在电池内部副反应中,其消耗了部分正负极可自由活动的锂离子。在充电过程中,体系中的锂离子量其峰值位置高度均不变,在后期充电过程中,锂离子的量可以使锂电池的充电过程充分反应。

7 结束语

综上所述,在废旧锂电池的处理模式中,可以根据废旧锂电池的梯次容量以及内阻变化特性进行研究。通过综合性的模式,得出更合理的结论。在实际的锂电池峰值传输以及锂电池的工作原理中,其整体的康复性可以有效设定相关的模型。对比新旧电池的特性参数,根据电池老化过程中的欧姆内阻以及化学计算公式,使之更具备明显的电池健康状态,进行有效连接。

猜你喜欢

梯次静置内阻
果蔬电池电动势和内阻的探究
小学语文朗读梯次训练教学方法初探
一种航空装备使用最优梯次间隔时间计算方法
新能源汽车产业高质量发展解除后顾之忧
静置状态蓄冷水箱斜温层的实验与模拟研究
电动汽车静置场景的能耗性能评价方法研究
“测定电池的电动势和内阻”复习课之八问
伏安法测电源电动势和内阻的测量值与真实值
两种脂肪纯化方法对自体脂肪移植隆乳术的临床效果影响
阿左旗“梯次”推进北疆基层党建长廊建设