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锂电池充放电倍率对电池性能影响有哪些呢?

2021-04-26 ryder

正负极、电解液都会影响锂电池的充放电倍率性能。本文存能电气小编就来谈谈锂电池充放电倍率对电池性能有何影响。


我们都知道,锂电池随着充放电次数的新增,容量会越来越少,笔直表现就是锂电池的性能越来越差。


什么因素会限制锂电池的充放电倍率性能?


锂电池的充放电倍率性能,与锂离子在正负极、电解液、以及他们之间界面处的迁移能力笔直相关,一切影响锂离子迁移速度的因素(这些影响因子也可等效为电池的内阻),都会影响锂电池的充放电倍率性能。此外,电池内部的散热速率,也是影响倍率性能的一个紧要因素,倘若散热速率慢,大倍率充放电时所积累的热量无法传递出去,会严重影响锂电池的安全性和寿命。因此,研究和改善锂电池的充放电倍率性能,紧要从提高锂离子迁移速度和电池内部的散热速率两个方面着手。


1.锂电池的内阻


一般在正极活性物质内部会添加导电剂,从而降低活性物质之间、活性物质与正极基体/集流体的接触电阻,改善正极材料的电导率(离子和电子电导率),提升倍率性能。不同材料不同形状的导电剂,都会对锂电池的内阻出现影响,进而影响其倍率性能。


正负极的集流体(极耳)是锂电池与外界进行电能传递的载体,集流体的电阻值对电池的倍率性能也有很大的影响。因此,通过改变集流体的材质、尺寸大小、引出方式、连接工艺等,都可以改善锂电池的倍率性能和循环寿命。


此外,隔离膜的吸液率和孔隙率也对锂离子的通过性有较大的影响,也会一定程度上影响锂电池的倍率性能(相对较小)。


锂电池电解质与正负极材料的浸润程度,会影响电解质与电极界面处的接触电阻,从而影响电池的倍率性能。电解质的总量、粘度、杂质含量、正负极材料的孔隙等,都会改变电解质与电极的接触阻抗,是改善倍率性能的紧要研究方向。


2.电解质的离子电导率


电解质的离子电导率如同水的阻力相同,对锂离子游泳的速度有非常大的影响。目前锂电池所采用的有机电解质,不管是液体电解质,还是固体电解质,其离子电导率都不是很高。电解质的电阻成为整个电池电阻的紧要组成部分,对锂电池高倍率性能的影响不容忽视。


除了提高电解质的离子电导率之外,还要着重关注电解质的化学稳定性和热稳定性。在大倍率充放电时,电池的电化学窗口变化范围非常宽,倘若电解质的化学稳定性不好,容易在正极材料表面氧化分析,影响电解质的离子电导率。


3.正、负极的锂电池扩散能力


锂电池在正/负极活性物质内部的脱嵌和嵌入的速率,也就是锂离子从正/负极活性物质里面跑出来的速度,或者从正/负极表面进入活性物质内部找个位置安家的速度究竟有多快,这是影响充放电倍率的一个紧要因素。


影响锂电池高倍率充放电性能的因素:


容量,容量保持能力差是锂电池负极在高倍率充放过程中的最大问题,这紧要与电极材料的结构、颗粒大小、电极导电性和电极表面SEI膜的稳定性等因素有关。


材料尺寸,锂电池负极材料的尺寸笔直关系着锂离子在其中扩散路径的长短,对电极高倍率性能出现很大的影响。


电极表面电阻,锂离子在嵌入负极的过程中,首先要扩散到固体电解质相界面膜(SEI膜)与负极材料的界面处,因此电极表面电阻相当于锂离子扩散过程中的一道门槛,影响着锂离子的嵌入和脱出,尤其在高倍率充放电时更加分明。


过放电对电池性能有何影响?


锂电池放完内部储存的电量,电压达到一定值后,持续放电就会造成过放电,通常依据放电电流来确定放电截止电压。0.2C-2C放电一般设定1.0V/支,3C以上如5C或10C放电设定为0.8V/支,电池过放可能会给电池带来灾难性的后果,特别是大电流过放,或反复过放对电池影响更大。

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