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        廢舊鋰電池梯次利用容量和內(nèi)阻變化特性研究

        2021-12-30 17:37:01
        科技創(chuàng)新與應(yīng)用 2021年25期
        關(guān)鍵詞:梯次靜置內(nèi)阻

        胡 躍

        (廣州中國科學(xué)院沈陽自動化研究所分所,廣東 廣州510000)

        在研究過程中,鋰電池的動力電池具有更快速且精準的模式。鋰離子電池通過不斷的技術(shù)改進以及升級,其已經(jīng)在上海世博會等得到了有效推廣。但在大規(guī)模應(yīng)用中,依然存在一些亟待解決的問題。如鋰電池成本較高,且鋰電池直接淘汰將造成資源的浪費。鋰電池的相關(guān)電池問題亟待解決,這些問題如沒有得到有效解決,將導(dǎo)致出現(xiàn)阻礙鋰電池使用的問題。鋰電池具有明顯使用特性,其整體的性能要求較低。例如,在儲存系統(tǒng)中,電動汽車淘汰電池具備在儲存系統(tǒng)的規(guī)模分散條件,因此在定值梯次利用中,可以根據(jù)電動汽車的動力電池,滿足其功率以及能量需求,并將其應(yīng)用至其他領(lǐng)域,充分發(fā)揮自身的剩余價值。這對其未來發(fā)展具有重要意義,同時也是鋰離子電池在電動汽車上的推廣因素。

        1 電池梯次利用現(xiàn)狀研究

        在電池梯次的利用現(xiàn)狀中,電動汽車目前是我國集中發(fā)展的領(lǐng)域之一。目前我國經(jīng)濟實力整體增強,居民的生活水平直線上升,因此,未來汽車將得到全面普及。作為革命性的目標,電動汽車的出現(xiàn)可以有效解決現(xiàn)有汽車領(lǐng)域的問題,例如對環(huán)境造成惡劣的影響、汽車燃油資源的消耗等。汽車在發(fā)展中,世界各國政府都針對汽車的污染投入了較高的關(guān)注度,提供了大量的人力、物力、財力。而電動汽車的出現(xiàn),有效避免了空氣污染。目前,全國電動汽車的保有量已達到500萬輛規(guī)模。動力電池是電動汽車核心部分[1]。文章根據(jù)鋰電池的電池梯次進行分析,并根據(jù)其整體的說明,進行二次領(lǐng)域研究,并根據(jù)其電子電池的利用領(lǐng)域過程以及相關(guān)步驟等進行初步探究。通過多樣性的方法,可以有效地針對經(jīng)過使用已報廢的鋰電池,完成篩選[2]。

        通過我國的發(fā)展研究,可以有效知曉在鋰電池使用過程中,將容量峰值以及老化電池作為篩選的依據(jù)。根據(jù)實驗證實,考慮鋰電池的利用以及其報廢后的社會治理成本制定有力的執(zhí)行方案。根據(jù)電池成本可以充分分析電池梯次利用可行性,以有效地根據(jù)其整體的使用模式達成適用領(lǐng)域。目前,我國在研究推廣計劃中,將電池梯次的利用技術(shù)納入市場范圍,制定對電池技術(shù)進行篩選原則。根據(jù)其相關(guān)方法以及系統(tǒng)方案進行研究,以實現(xiàn)有效地導(dǎo)入,具有重大創(chuàng)新性[3]。

        2 鋰電池的循環(huán)壽命研究分析

        近年來,針對國外關(guān)于鋰電池循環(huán)壽命的研究,可分為以下兩類:其一為基于經(jīng)驗的方法;其二為基于性能的方法。其中,在基于經(jīng)驗的方法中,循環(huán)周期數(shù)法是有效的代表。該方法通過對電池循環(huán)周期的計算,可以對電池的使用次數(shù)進行限制。在相關(guān)研究中,可以有效地達到某一范圍內(nèi)。鋰電池達到使用壽命后,根據(jù)實際使用中的經(jīng)驗,滿足使用條件的設(shè)定[4]。

        而基于性能的壽命預(yù)測方法,可以從鋰電池的參數(shù)以及數(shù)據(jù)驅(qū)動著手,根據(jù)實踐經(jīng)驗分析出鋰電池內(nèi)部導(dǎo)致容量衰竭的重要原因,并設(shè)定單粒子模型,通過模型可以有效描述電池電量老化因素影響的規(guī)律。包含溫度、電壓以及荷載等操作方法,適用于相關(guān)條件的運行方法。在相關(guān)策略的分析中,與其他的方法相比更為細致。但整體的模型需要精細的參數(shù),因此復(fù)雜程度較高。

        3 鋰電池的工作原理

        鋰電池在工作中,以相關(guān)的碳柔性材料為主,完成鋰電池材料的有效連接。在相關(guān)的電池中,其相關(guān)的電池物內(nèi)含無窮,通過化合物及電解質(zhì)溶解的鋰鹽,完成鋰電池的充電、放電。在對鋰電池的工作原理分析中,可以根據(jù)其相關(guān)的負極溶解鋰鹽,形成有機溶劑。在正常充電、放電狀態(tài)下,鋰離子在從重結(jié)構(gòu)以及層狀結(jié)構(gòu)氧化當(dāng)中,可以引起材料的變化。在充放電過程中,鋰離子的充電反應(yīng)方程式有以下三種[5-7]:

        其一,正極反應(yīng):LiMyOz——Li(1-x)MyOz+xLi++xe;

        其二,負極反應(yīng):xLi++xe+6C——LixC6;

        其三,電池反應(yīng):LiMyOz+6C——Li(1-x)MyOz+LixC6。

        尖晶石是鋰電池中的一種物質(zhì),其來源廣泛且價格較為低廉。在Mn3+、Mn4+中,二者的綜合比例各占50%。因此,在充電過程中,鋰電池的內(nèi)部尖晶石比例由50%上升至70%。且多出的鋰離子在電極溶液中能夠完成正極移動,促使鋰離子中的負極處于負級,有效地完成應(yīng)用分析。并且相關(guān)的鋰離子處于脫鋰狀態(tài),二者為了有效確保電荷平衡,實現(xiàn)電子補償,應(yīng)嘗試從外部電路中實現(xiàn)負極鋰離子以及電子的集中整合。確保其整體符合周圍的原子,從新形成的鋰原子,插入到石墨晶體的晶狀層。在放電過程中,可以根據(jù)鋰原子在石墨晶體內(nèi)部完成表面移動,并生成鋰離子和電離子。在鋰電池的循環(huán)使用、放電過程中,經(jīng)過電解液后回到正極。正極鋰離子聚集較多,為了補償電荷、電子,在外電路中也可以通過負極流向正極。

        4 梯次利用鋰離子電池循環(huán)的性能測試

        在本課題的研究中,通過選取測試對象,可以將測試對象定為電動汽車淘汰電池中的第10項電池。淘汰的相關(guān)電池,其內(nèi)部包含了4個串模組,每個模組包含4個電池模板,共計64只單體電池。單體電池的額定容量為90Ah。在鋰電池梯次利用中,其更換方式在固定時間(鋰電池報廢時間)在每一模塊中單獨剔除。在剔除后,去除單個舊電池,并補上全新生產(chǎn)電池。在本課題的研究中,可以對梯次利用電池循環(huán)特性進行研究。根據(jù)電池的老化情況、使用路徑等對電池的影響較大,因此必須選取電池中的48只電池進行初步篩選。根據(jù)實際容量,分析整體的內(nèi)阻參數(shù),進行相關(guān)模式確定[8-9]。

        此外,進行歐母內(nèi)阻,首先在實際容量確定中將整體保持在25℃,靜置4小時。在測試過程中,考慮到廢舊鋰電池的靜置時間較長,因此在進行初始容量標定時,為了確保實驗數(shù)據(jù)具有明顯的可行性,必須進行電池活化試驗。例如,可用相關(guān)的電流和內(nèi)電壓進行充電,在充電完畢后靜置15分鐘。在活化測試完畢后,進行歐姆內(nèi)阻測試。在測試中,保持25℃,靜置1小時。最后,采用相關(guān)的電流恒流,對其進行充電。電壓截止至4.2V,最后轉(zhuǎn)為恒壓充電電流,降低0.05℃,靜置1小時。在綜合確定了后,以脈沖放進1小時后,在內(nèi)電壓和電流之間的情況比較作為電池歐姆內(nèi)阻,隨后進行制定以清除電流。

        5 循環(huán)過程基礎(chǔ)性能測試的實驗設(shè)計

        5.1 容量測試方法

        電池在長期使用中,其實際容量有可能會出現(xiàn)一定的衰退。因此,根據(jù)鋰電池的整體健康狀態(tài),必須進行有效評估。通過綜合評估,可以對廢舊鋰電池在報廢前的循環(huán)模式實現(xiàn)有效認知。在循環(huán)過程技術(shù)測試中,整體的測試流程需要模擬實際使用情況。可根據(jù)以下方法,將容量測試的模式、電壓、溫度等進行設(shè)定:

        其一,將電池保持在25℃環(huán)境中,靜置1小時;

        其二,通過電流恒流,對鋰電池進行充電。并將電壓截止至4.2V,在恒壓充電結(jié)束后靜置30分鐘;

        其三,通過電流橫流放電,并截止電壓。需要設(shè)定電壓,可保持在3V,并靜置30分鐘,重復(fù)以上步驟5次。在測試完畢后,根據(jù)5次發(fā)出的不同容量,為當(dāng)前循環(huán)次數(shù)下的電池實際容量。

        5.2 內(nèi)阻測試方法

        在實驗中,基于內(nèi)阻測試,可以得出多樣性測試方法,主要可根據(jù)以下流程進行:

        其一,將電池保持在25℃環(huán)境中,靜置1小時;

        其二,通過電流恒流,對鋰電池進行充電(設(shè)置17A)。并將電壓截止至4.2V,在恒壓充電結(jié)束后(2.5A),靜置30分鐘;

        其三,在內(nèi)阻測試中,根據(jù)0.6電流恒組值,使其整體達至10%,靜置1小時。重復(fù)以上步驟10次。在測試完畢后,根據(jù)10次發(fā)出的不同容量,為當(dāng)前循環(huán)次數(shù)下的電池實際容量。

        5.3 極化內(nèi)阻測試方法

        在研究過程中,根據(jù)極化內(nèi)阻的測量方法,可以以恒流方式,將電池充滿最后靜置1小時,再根據(jù)以下流程進行:

        其一,將電池保持在25℃環(huán)境中,靜置1小時;

        其二,通過電流恒流,對鋰電池進行充電(設(shè)置0.3C)。并將電壓截止至4.2V,在恒壓充電結(jié)束后(2.5A),靜置30分鐘;

        其三,在極化內(nèi)阻測試中,根據(jù)SOC電流恒組值,使其整體達至10%,靜置1小時。重復(fù)以上步驟20次。在測試完畢后,根據(jù)20次發(fā)出的不同容量,為當(dāng)前循環(huán)次數(shù)下的電池實際容量。

        根據(jù)以上的流程可以得知,其電流在極化電壓以及阻抗電壓中,二者較大。同時,電壓的恒值與電流倍數(shù)有關(guān)。越大對應(yīng)的相化,其整體電壓便越大。在極化內(nèi)阻中,呈現(xiàn)出電流越小,其整體抗阻越大的趨勢。為了深度分析其中的原因,可以采取10%~20%SOC。在相關(guān)的倍率測試下,完成計劃添加,并在其相關(guān)的電流為零時,計劃電壓為0。以電流“E”為自變量,進行綜合模式的擬定。

        6 梯次利用鋰離子電池容量循環(huán)特性

        在本文研究中,本文針對鋰電池的實際使用情況設(shè)定了三個相應(yīng)的說明實驗。根據(jù)倍率應(yīng)力以及區(qū)間應(yīng)力之間的耦合指數(shù),以分析廢舊鋰電池的梯次利用容量。在累計使用容量中,根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù),可以得知其整體的實際容量衰退分為三部分,每一部分的電池性能衰退將會造成一定的流量損失。在電化學(xué)熱學(xué)理論中,其認為電流無限小時,電池的內(nèi)阻降壓反而較小。在電池充放電過程中,其維持平衡電位。此外,電池處于熱力平衡狀態(tài)。電池釋放出的容量略等于電池的最大容量,在電池的老化過程中,可以使用容量的變化試劑表征相關(guān)變化。在代表相關(guān)的初始實驗時,可以根據(jù)電流釋放的容量,計算循環(huán)次數(shù),完成有效切換。

        在相關(guān)的容量分析下,通過0%~90%SOC循環(huán)期間的容量衰退情況,可以得知在相關(guān)循環(huán)利率之中,二者的實際容量衰退較近。根據(jù)各區(qū)間的容量衰退,導(dǎo)致整體的容量次數(shù)具有一定的比值變化。在經(jīng)過相關(guān)測試后,大體可以增加80%。在此階段,鋰電池使用期間,有可能會出現(xiàn)加速衰退。在800~900循環(huán)容量中,其衰退率增加2.88%??梢缘弥撊萘克ネ藚^(qū)間可以成為容量衰退的最快區(qū)間。為了更好地深入研究相關(guān)原因,可以對比該區(qū)間800次循環(huán)以及修改次循環(huán)后的相關(guān)圖譜,以分析相關(guān)的峰值高度。在電池內(nèi)部副反應(yīng)中,其消耗了部分正負極可自由活動的鋰離子。在充電過程中,體系中的鋰離子量其峰值位置高度均不變,在后期充電過程中,鋰離子的量可以使鋰電池的充電過程充分反應(yīng)。

        7 結(jié)束語

        綜上所述,在廢舊鋰電池的處理模式中,可以根據(jù)廢舊鋰電池的梯次容量以及內(nèi)阻變化特性進行研究。通過綜合性的模式,得出更合理的結(jié)論。在實際的鋰電池峰值傳輸以及鋰電池的工作原理中,其整體的康復(fù)性可以有效設(shè)定相關(guān)的模型。對比新舊電池的特性參數(shù),根據(jù)電池老化過程中的歐姆內(nèi)阻以及化學(xué)計算公式,使之更具備明顯的電池健康狀態(tài),進行有效連接。

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