1 Eksperimentas
1.1 Akumuliatoriaus paruošimas
Sumaišykite teigiamą elektrodą DY{{0}} ličio geležies fosfatą, laidžią agentą Super P ir rišiklį PVDF5130 masės santykiu 94,0:2,5:3,5, įpilkite tirpiklio NMP ir maišykite 5 valandas, kad gautųsi suspensija, kurios kietosios medžiagos kiekis yra (60,0 ± 1,5) % ir klampumas 8000 mPa · s. Uždenkite suspensiją ant 16 μm storio aliuminio folijos, kurios paviršiaus tankis yra (330 ± 3) g/m2. Po 12 valandų kepimo vakuume 85 laipsnių temperatūroje susukite elektrodą iki 2,20 g/cm3 tankio ir gaukite teigiamą elektrodą, kurio dydis yra 124 mm × 121 mm.
Sumaišykite neigiamą grafitą, laidžių suodžių Super P ir LA133 akrilonitrilą masės santykiu 95,5:1.0:3,5, paruoškite suspensiją naudodami dejonizuotą vandenį kaip tirpiklį ir uždenkite 8 μm storio sluoksniu. vario folija, kurios paviršiaus tankis (160 ± 2) g/m2. Išdžiovinkite ir suspauskite jį kaip teigiamą elektrodą, kad sutankintų 1,45 g/cm3 tankį ir gautumėte neigiamo elektrodo lakštą, kurio dydis yra 130 mm × 127 mm.
Sudėjus teigiamus ir neigiamus elektrodus, buvo paruoštas 36130145 aliuminio korpuso LFP ličio jonų akumuliatorius, kurio vardinė talpa yra 60Ah, apklijuojant juos aliuminio apvalkalu. Po kepimo 85 laipsnių temperatūroje 12 valandų buvo įpurškiamas elektrolitas. Paruošta baterija yra cheminė transformacija ir talpos padalijimas. Formavimo etapai: įkraukite 0,05 °C temperatūroje 80 min., tada įkraukite 0,10 °C temperatūroje 150 min., kai didžiausia įkrovimo įtampa yra 3,65 V. Talpos padalijimo veiksmas: palikite 45 laipsnių temperatūroje 12 valandų, kad pasentų, tada išleiskite 0,20 C temperatūroje, kai apatinė ribinė įtampa yra 2,50 V.
1.2 Morfologijos ir struktūros analizė
Stebėkite medžiagos mikrostruktūrą skenuojančiu elektroniniu mikroskopu. Norėdami analizuoti medžiagų struktūrinius pokyčius, naudokite rentgeno spindulių difraktometrą.
1.3 Elektrocheminio veikimo bandymas
Išbandykite akumuliatoriaus EIS naudodami elektrocheminę darbo vietą. Naudokite didelio tikslumo akumuliatoriaus testerį, kad patikrintumėte akumuliatoriaus veikimą, kurio diapazonas yra 5 V ir 100~50{{10}}A. Įprastas talpos tikrinimo metodas: įkraukite pastovia 1.{13}}C srove iki 3,65 V, tada perjunkite į pastovią įtampą ir įkraukite, kol bus pasiekta 0,05 C; Leiskite stovėti 0,5 valandos, išleiskite 1,00 C–2,50 V temperatūroje, leiskite stovėti 0,5 valandos, ciklą 3 kartus.
Akumuliatoriaus ciklo bandymo metodas: įkraukite pastovia 1.00C srove iki 3,65 V, tada perjunkite į nuolatinės įtampos įkrovimą iki 0.05C atjungimo. Iškrovimas esant 1.00C, 2.{{10}}C ir 5.00C atitinkamai iki 2,50V, pakartokite ciklą ir leiskite sėdėti {{30}},5 val. per vidurį, kol bus pasukta 1000 kartų. Akumuliatoriaus per didelio iškrovimo bandymo metodas: pamatinis įkrovimo iškrovimo greitis yra 1.00C įkrovimui ir 1,00 C iškrovimui, o perkrovos įtampa yra 0-3,65 V, 0.20-3.65 V, 0.50-3.65 V, 0.80-3.65 V ir 1.50-3.65 V, atitinkamai. Įprasta įtampa yra 2,50–3,65 V. Įtaisas naudojamas akumuliatoriaus elemento plokštumai (1400 ± 200) N iš anksto priveržti; Jei nėra tvirtinimo, akumuliatoriaus elementui taikoma 0 N išankstinės apkrovos jėga.
Akumuliatoriaus galiojimo laiko tikrinimo metodas: ① Įkraukite esant 0,50C pastoviai srovei iki 3,65 V, perjunkite į nuolatinės įtampos įkrovimą į 0.05C atjungimas , palikite stovėti 0,5 val., iškraunama nuo 78{{20}}W iki 2,50V, įrašymo talpa 1; ② Atidėkite 0,5 val., įkraukite 3,65 V esant 0,50C pastoviai srovei, perjunkite į nuolatinės įtampos įkrovimą iki 0,05 C atjungimo, atidėkite 0,5 val., išleiskite iki nurodytos įtampos (1,50 V, 0,80 V, 0,50 V) esant 780 W, atidėkite nurodytą laiką, įkrauti 3,65 V esant 0,10 C nuolatinei srovei, įjungti nuolatinės įtampos įkrovimą iki 0,05 C atjungimo, palikti 0,5 val. ir iškrauti iki 2,50 V esant 780 W, užregistruoti iškrovos galią 2; ③ Pakartokite 1 veiksmą, užrašykite 3 iškrovimo talpą ir pakartokite 1–3 veiksmus. Tarp jų 2 talpos ir 1 talpos santykis yra sulaikymo koeficientas, o 3 talpos ir 1 talpos santykis yra atkūrimo greitis.
2 Rezultatai ir aptarimas
2.1 Ciklo veikimas esant skirtingam padidinimui
Eksperimentas buvo atliktas naudojant duomenų centre naudojamą bateriją, o akumuliatoriaus greitis pavaizduotas 1 paveiksle. Iš paveikslo matyti, kad esant tokiam pačiam įkrovimo greičiui, po 2{{3 }}0 iškrovimo ciklų esant 2.00C ir 5.00C, talpa sumažėja atitinkamai 14% ir 20%. Palyginti su 1.00C iškrovos ciklu, talpa sumažėja 12%, tai atitinkamai 2 ir 8 procentiniais punktais mažesnis. Važiavimo dviračiu veikimo požiūriu akumuliatoriai pasižymi ilgo važiavimo dviračiu charakteristikomis.
2.2 Per didelio iškrovimo ciklo charakteristikos skirtinguose įtampos diapazonuose
Siekiant ištirti aliuminio korpuso akumuliatorių per didelės iškrovos charakteristikas įvairiuose įtampos diapazonuose, buvo atlikti nuolatiniai baterijų ciklo bandymai, kurių kintamieji buvo įtampos diapazonas ir akumuliatoriaus būsena važiuojant dviračiu: su ar be tvirtinimo elementų. Baterijas sunumeruokite atskirai ir žiūrėkite 1 lentelę, kad sužinotumėte apie pakeitimus ir pradinę baterijų būseną. Baterijų įkrovimo būsena (SOC) yra 30%. Remiantis pradine 1 lentelėje išvardytų 12 baterijų grupių įtampa, vidine varža ir storiu esant 30 % SOC, eksperimentinių baterijų konsistencija yra gera.
Atlikite nuolatinį ciklinį akumuliatoriaus bandymą, o silpnėjimo kreivė parodyta paveikslėlyje žemiau. Galima pastebėti, kad kai akumuliatorius neturi tvirtinimo, akumuliatoriaus veikimas dviračiu pamažu blogėja, nes didėja per didelės iškrovos laipsnis. Kai akumuliatoriaus iškrovimo ribinė įtampa yra 2,50V, 1,50V, 0,80V, 0,50 V, 0,20 V ir 0 V, ciklų skaičius ir akumuliatoriaus talpos išlaikymas yra 94,07 % po 1000 ciklų, 80,00 % po 1 000 ciklų, atitinkamai 74,93 % po 648 ciklų, 67,72 % po 360 ciklų, 63,26 % po 119 ciklų ir 61,85 % po 145 ciklų.
Kai apatinė ribinė įtampa sumažėja 1.00V (nuo 2,50V iki 1,50V), esant tokiam pat ciklų skaičiui, slopinimo laipsnis padidėja 14 %; Kai apatinė ribinė įtampa sumažėja 1,70V (nuo 2,50 V iki 0,80 V), ciklo trukmė yra tik 648 kartus; O kai baterija išsikrauna iki 0V, ciklo trukmė sumažėja iki 145 kartų. Apatinės ribinės iškrovos įtampos sumažėjimas turi didelės įtakos akumuliatoriaus veikimo trukmei. Akumuliatoriaus įkrovimo ir iškrovimo įtampos diapazono išplėtimas gali padidinti jo talpą, pavyzdžiui, kai įtampa pasikeičia nuo 2,50–3,65 V iki 0–3,65 V. Akumuliatoriaus talpa padidėjo 4Ah.
Net ir naudojant šviestuvus, baterijos veikia taip pat, kaip ir be armatūros. Kuo mažesnė akumuliatoriaus iškrovimo įtampa, tuo trumpesnis ciklo tarnavimo laikas. Esant 2,50V, 1,50V, 0,80V, 0,50 V, 0,20 V ir 0 V iškrovos atjungimo įtampai, ciklų skaičius o akumuliatoriaus išlaikymas yra 96,03 % po 1000 ciklų, 86,73 % po 928 ciklų, Atitinkamai 84,46 % po 733 ciklų, 81,95 % po 741 ciklų, 61,28 % po 598 ciklų ir 60,08 % po 647 ciklų.
2.3 Per didelės iškrovos ciklo charakteristikos esant skirtingoms išankstinės apkrovos jėgoms
Kuo didesnis akumuliatoriaus išsikrovimo laipsnis su išankstine priveržimo jėga arba be jos, tuo prastesnis ciklo tarnavimo laikas. Toliau tyrinėkite armatūros buvimo ar nebuvimo įtaką akumuliatoriaus veikimui. Analizuodami duomenis, palyginkite akumuliatorių ciklinį veikimą su armatūra ir be jų tomis pačiomis eksploatavimo sąlygomis.
Nepriklausomai nuo tikrojo akumuliatoriaus įtampos važiavimo dviračiu diapazono, akumuliatorių su tvirtinimo elementais važiavimo dviračiu našumas yra pranašesnis nei tų, kurie neturi tvirtinimo elementų. Tačiau toliau didėjant apatinei iškrovos įtampos ribai, šviestuvų įtaka akumuliatoriaus veikimo ciklui palaipsniui mažėja. Tarp {{0}}~3,65 V akumuliatoriaus veikimo laikas su šviestuvais yra 647 kartus, o akumuliatoriaus veikimo laikas be šviestuvų yra 145 kartus, skirtumas 502 kartus; Esant 0.20-3.65 V, akumuliatoriaus veikimo laikas su šviestuvais yra 598 kartus, o be armatūros - 119 kartų, skirtumas 479 kartus; Esant 0.{13}}.65 V, akumuliatoriaus talpos išlaikymo koeficientas be tvirtinimo elementų po 360 ciklų yra 67,72 %, o akumuliatoriaus su šviestuvais talpos išlaikymo rodiklis yra 90.00 %; Esant 0.80-3.65 V, akumuliatoriaus talpos išlaikymo koeficientas be šviestuvų yra 80.00 % po 500 ciklų, o akumuliatoriaus su šviestuvais talpos išlaikymo koeficientas yra 92,00 %; Esant 1.50-3.65 V, akumuliatoriaus talpos išlaikymo koeficientas be tvirtinimo elementų po 928 ciklų buvo 84,55 %, o akumuliatoriaus su šviestuvais talpos išlaikymo rodiklis buvo 86,73 %, o tai padidėjo 2,18 procentinio punkto pajėgumų išlaikymas; Esant 2.50-3.65 V, akumuliatoriaus talpos išlaikymo koeficientas be tvirtinimo elementų po 1 000 ciklų yra 94,07 %, o akumuliatoriaus su šviestuvais talpos išlaikymo rodiklis yra 96,03 %.
Didėjant apatinei iškrovos įtampos ribai, šviestuvų įtaka akumuliatoriaus veikimo ciklui pamažu silpnėja, o tai pasireiškia kaip mažėjantis atotrūkis tarp akumuliatorių su ir be tvirtinimo elementų. Tai rodo, kad aukštesnės įtampos diapazonuose susilpnėja armatūros pagerinimo poveikis akumuliatoriaus cikliniam veikimui.
EIS bandymai buvo atlikti su akumuliatoriais (A, B, C, F grupės ir tt) su tvirtinimo elementais ir be jų vėlesniuose kai kurių schemų važiavimo dviračiu etapuose, o rezultatai parodyti 3 paveiksle. impedanso spektro puslankis yra sąsajos varža Rb tarp elektrodo ir elektrolito sąsajos; Puslankio galutinis taškas yra krūvio perdavimo varža Rct; Įstrižainė linija reiškia varžą, kurią sukelia Li + difuzijos aktyviųjų medžiagų dalelių viduje, tai yra Warburg varža (Dw). Iš Rb ir Rct: A-1
Tai taip pat patvirtina, kad išorinis slėgis gali sumažinti elektrodų sąsajos tarpus ir padidinti sąsajos kontaktų plotą. Esant mažesniam slėgiui, akumuliatorius bus suspaustas ir sumažės jo storis, o tai gali sumažinti kontaktinį pasipriešinimą, sutrumpinti Li+ perdavimo kelią ir sumažinti aktyvaus ličio praradimą; Be to, jis gali užkirsti kelią teigiamų ir neigiamų elektrodų medžiagų atsiskyrimui, kurį sukelia dujų susidarymas žemos įtampos iškrovos metu, sumažinti negrįžtamą akumuliatoriaus išsiplėtimą, išlaikyti teigiamo ir neigiamo elektrodų stabilumą ir pagerinti akumuliatoriaus veikimą dviračiu. Kuo mažesnė iškrovos apatinė ribinė įtampa, tuo gilesnis ličio ištraukimas iš neigiamo elektrodo medžiagos ir sunkesnė akumuliatoriaus dujų gamyba. Armatūra gali veiksmingai slopinti Li + aktyvumo praradimą, kurį sukelia dujų gamyba, ir taip pagerinti akumuliatoriaus veikimą dviračiu. Tai taip pat paaiškina, kodėl laipsniškai didėjant iškrovos įtampai, ciklų skaičiaus skirtumas tarp akumuliatorių su armatūra ir be jo tampa vis mažesnis.
Norint toliau stebėti akumuliatoriaus ciklo pokyčius esant skirtingoms įtampoms, akumuliatorius buvo išardytas ir buvo stebimi teigiamų ir neigiamų elektrodų medžiagų pokyčiai.
Morfologiniu požiūriu nėra jokio reikšmingo skirtumo tarp teigiamų ir neigiamų elektrodų medžiagų po per didelio iškrovimo ciklų. Neigiamas elektrodas atrodo kaip blokas, o teigiamas elektrodas atrodo kaip mažos dalelės. Armatūros buvimas ar nebuvimas neturi įtakos teigiamų ir neigiamų elektrodų medžiagų morfologijai. Nepertraukiamo sekliojo įkrovimo ir giluminio iškrovimo metu gali keistis medžiagos vienetinių elementų parametrai, ypač neigiamų elektrodų medžiagų, todėl gali pasikeisti tarpsluoksnių atstumas.
XRD analizė buvo atlikta su neigiamu elektrodu, o rezultatai parodyti paveikslėlyje. Iš paveikslo matyti, kad nors akumuliatorius veikia skirtingais įtampos diapazonais, neigiama elektrodo medžiaga po ciklo vis dar yra grafitas ir jokių kitų naujų medžiagų nesigamina. Tame pačiame įtampos diapazone būdingos neigiamų elektrodų plokščių (002) ir (100) smailės, esančios be gnybto akumuliatoriaus, pasislenka mažesnių kampų link, o tai rodo, kad grafito gardelės parametrai didėja, o tarpplaninis atstumas didėja.
Tai reiškia, kad, palyginti su baterijomis su tvirtinimo elementais, grafito tarpsluoksnių atstumas tarp be tvirtinimo elementų ir toliau didėja nuolatinio įkrovimo ir iškrovimo proceso metu. Mikroskopiniai šios medžiagos pokyčiai lemia didesnį važiavimo dviračiu veikimo pablogėjimą, taip pat paaiškina, kodėl baterijų su tvirtinimo elementais važiavimo dviračiu našumas yra žymiai geresnis nei baterijų be armatūros tame pačiame įtampos diapazone.
2.4 Kalendoriaus eksploatavimo trukmės pasikeitimų po akumuliatoriaus išsikrovimo charakteristikos
Norėdami toliau stebėti akumuliatoriaus talpos pokyčius po ilgalaikio per didelio iškrovimo, akumuliatoriaus talpos išsaugojimą ir atkūrimą išsikrovus iki nurodytos įtampos 0,50V, 0,80 V, 1,50 Buvo tiriami V, ir 2,50 V tam tikrą laiką.
Net ir laikant akumuliatorių esant žemai įtampai, jo talpa nesumažės, o tai neturi didelės įtakos talpai ir nesukels talpos praradimo dėl per didelio išsikrovimo. Žvelgiant iš metodinės perspektyvos, akumuliatoriui per daug išsikrovus, jį galima palikti tam tikrą laiką ir įkrauti maža srove, kad būtų atkurta ir išlaikyta jo talpa.
3 Išvada
Remiantis duomenų centruose naudojamų ličio jonų baterijų charakteristikų tyrimu, ištirta skirtingų išankstinės apkrovos jėgų įtaka perkrovai. Rezultatai parodė, kad:
Taikant dviejų tipų išankstinio priveržimo jėgą akumuliatoriui su spaustukais ir be jų, galima važiuoti šešiais įtampos diapazonais {{0}}~3,65 V, 0,20~3,65 V , 0,50–3,65 V, 0,80–3,65 V, 1,50–3,65 V ir įprastas diapazonas 2,50–3,65 V, neatsižvelgiant į tai, ar yra spaustukas, kuo mažesnė akumuliatoriaus iškrovos ribinė įtampa, tuo greičiau mažėja talpa. Praktikoje, norint pailginti akumuliatoriaus tarnavimo laiką, reikėtų kiek įmanoma vengti ilgalaikio žemos įtampos ciklo.
Šviestuvai gali pagerinti baterijų veikimą dviračiu, tačiau jų poveikis susilpnėja, kai didėja iškrovos ribinė įtampa. EIS, XRD ir kitų testų rezultatai rodo, kad šviestuvas gali užtikrinti teigiamų ir neigiamų elektrodų aktyviųjų medžiagų stabilumą važiuojant dviračiu, sumažinti elektrodų sąsajos tarpus, padidinti kontaktinį plotą, sumažinti ominę varžą, sutrumpinti Li+ transportavimo kelią, sumažinti aktyvaus ličio kiekį. nuostolių, sumažinkite negrįžtamą akumuliatoriaus išsiplėtimą ir pagerinkite akumuliatoriaus veikimo efektyvumą. Eksperimentiniai rezultatai turi pagrindinę reikšmę baterijų surinkimo projektavimui, todėl būsimiems tyrėjams rekomenduojama apsvarstyti griežtą surinkimo dizainą, kad pagerintų akumuliatoriaus veikimą.
Po ilgalaikio saugojimo skirtinguose per didelės iškrovos įtampos diapazonuose, mažėjant iškrovos išjungimo įtampai, akumuliatoriaus talpa nesumažės. Mažas srovės papildymas gali išlaikyti ir atkurti pajėgumus. Tai padeda išspręsti sumažėjusio akumuliatoriaus veikimo po ilgalaikio saugojimo problemą.