Force d'expansion du cycle de la batterie à haute capacité

Introduction

Le changement de la force d'expansion dans le processus de cycle de la batterie lithium-ion a une influence importante sur la conception du module et du système. L'atténuation accélérée de la capacité au cours du cycle de la batterie a une certaine corrélation avec la pression d'écrasement excessive de la batterie à haute capacité. Il est donc important d'étudier le changement de la force d'expansion dans le processus de cycle pour les batteries au lithium-ion. batterie de haute capacitéce qui est d'une grande importance pour la conception optimale de la batterie et du système.

Expérience pour une batterie à haute capacité

Avec différents modèles de batterie carrée à haute capacité au lithium fer phosphate comme échantillons (Modèle1, Modèle2, Modèle3), placés dans l'outillage à pression limite, respectivement, 1 C de charge à courant constant et tension constante et 1C de cycle de décharge à température ambiante (25 ± 5) ℃ et à haute température (45 ± 5) ℃, intervalle de charge et de décharge de 30 min.

Le capteur de pression enregistre la force d'expansion de la batterie pendant le cycle de charge et de décharge, et analyse la force d'expansion. Si vous souhaitez en savoir plus sur les batteries au lithium-fer-phosphate, lisez le document suivant Les 10 premiers fabricants de batteries lithium-fer en Chine.

Résultats et discussion pour la force d'expansion du cycle

Modification de la force d'expansion au cours du cycle

Les batteries carrées au lithium-phosphate de fer de haute capacité de différentes capacités et tailles ont été étudiées, et la force d'expansion dans le processus de cycle a été enregistrée. La force d'expansion des 500 cycles de la batterie Model1 s'est révélée non linéaire en fonction de la charge/décharge.

L'évolution de la force d'expansion pendant la charge, 30%SOC étant le pic de la première force d'expansion et 100%SOC étant le second pic, et elle augmente globalement à mesure que le nombre de cycles augmente, et présente la même régularité.

La force d'expansion change au cours du processus de décharge, le pic de la force d'expansion est de 0% de profondeur de décharge (DOD) et de 70%DOD, à savoir les 100%SOC et 30%SOC correspondants. De même, avec le nombre de cycles, la force d'expansion présente une loi croissante évidente.

Analyse de la loi de changement de la force d'expansion

Dans une batterie à haute capacité, lorsque la force d'expansion dans le cycle est résumée et analysée, la loi de changement dans différents SOC est légèrement différente : 30%SOC est le premier pic de la force d'expansion. Avec l'augmentation des cycles, l'augmentation est supérieure à 100%SOC, la force d'expansion de 0%SOC est F0, 30%SOC est F30, et ainsi de suite, 100%SOC force d'expansion est F100, pour observer la loi de changement de F30 / F100 pendant le cycle.

Nous constatons que la force d'expansion de 30%SOC se rapproche progressivement de la force d'expansion de 100%SOC. Comme le montrent les données, à partir de 600 cycles, F30 commence à être supérieur à F100, et le rapport F30/F100 augmente progressivement jusqu'à environ 103%, puis reste pratiquement constant à cette valeur.

Effet de la température sur la variation de la force d'expansion

Le modèle de changement de F30 / F100 a été observé à différentes températures. Pour les cellules du modèle 1, le modèle de changement de rapport de pointe de la force d'expansion à 45℃ et 25℃ était différent. Lorsque la force de précontrainte initiale (0%SOC) est d'environ 0 kN, le rapport de pointe de la force d'expansion dans le cycle de température normale augmente lentement. Pendant 25℃ cycle, après 800 cycles, F30 / F100 de 100 cycles, F30 / F100 atteint 90% à 100%.

Correspondance mutuelle de la force d'expansion et de la capacité

Cycle de température normale et 45℃ cycle de haute température sont les deux systèmes de cycle couramment utilisés pour évaluer la durée de vie des batteries. Modèle1 batteries ont les règles de changement de l'atténuation de la capacité et le rapport de force d'expansion de pointe sous la condition de 25 et 45℃ :

● Pendant le cycle de température normal, la croissance du ratio de la force d'expansion cyclique est relativement lente. Avec l'augmentation de F30 / F100 à plus de 100%, la courbe de décroissance de la capacité de la batterie haute capacité passe d'une courbe linéaire à une courbe légèrement incurvée. D'après les données, le taux de décroissance de la capacité de la batterie avant 1 000 cycles est d'environ 0,35% pour 100 cycles, et d'environ 7% pour 1 000 cycles.

● La courbe du cycle de 45℃ présente également une règle similaire, quelle que soit la première atténuation rapide de 100, la règle d'atténuation de la première capacité de 600 est de 0,85% par 100 d'atténuation de la capacité. Lorsque F30 / F100 augmente au-delà de 100%, la règle de décroissance de 600 à 1 500 est de 0,95% par 100 d'atténuation de capacité.

On peut constater que le changement de la force d'expansion du cycle des batteries à haute capacité est lié à l'atténuation de la capacité de la batterie. Les résultats montrent qu'il existe une corrélation étroite entre la pression croissante continue des batteries au lithium-ion et la perte de capacité réversible, et que le taux de décroissance de la capacité des batteries au lithium-ion peut être prédit en mesurant le changement de pression interne des batteries au lithium-ion. batteries lithium-ion pour voiturettes de golf pour prédire le taux de décroissance de la capacité des batteries lithium-ion.

Analyse de la force d'expansion de différentes batteries

Les résultats du test ont révélé que la tendance de changement de la force d'expansion cyclique de différents modèles de batterie à haute capacité est très proche. Comparée à la courbe de changement de F30 / F100 dans différents modèles de batteries dans le cycle de 45℃, cette règle de changement est également évidente.

Le rapport F30 / F100 des différents modèles de batteries atteint 100% pour environ 600 fois, et environ 103% pour environ 800 fois et reste constant. Ces données montrent que la force d'expansion du cycle des différentes batteries a la même loi de changement, et que la valeur de F30 / F100 est étroitement liée à l'atténuation du cycle.

Analyse du démontage des batteries de grande capacité

La batterie à l'état initial et la batterie en circulation sont démontées, et l'épaisseur de la batterie et l'épaisseur de la feuille polaire de la batterie à différents états de charge sont mesurées. L'épaisseur de la feuille polaire augmente considérablement par rapport à l'état initial. Le taux de rebond de la feuille polaire est défini comme le pourcentage de l'augmentation de l'épaisseur de la feuille polaire, c'est-à-dire :
Taux de rebond = (épaisseur du pôle postérieur cyclique soustraite de l'épaisseur de l'électrode initiale) / épaisseur de l'électrode initiale 100%

Les données montrent que la variation de l'épaisseur de la feuille de l'électrode d'anode est identique à la tendance de la variation de la contrainte dans le processus de charge et de décharge de la batterie, et que la variation de la force est liée à l'électrode d'anode.

Démonter la batterie, noter l'épaisseur initiale de 100% et 101,55% ; ajouter l'épaisseur du boîtier de la batterie à 101,52% ; déduire que l'augmentation de l'épaisseur de la batterie et l'augmentation de l'expansion de la batterie au cours du processus de cycle proviennent principalement de l'augmentation de l'épaisseur de la batterie.

Conclusion

Dans le processus de cycle des batteries lithium-ion de haute capacité, la force d'expansion et l'atténuation de la capacité ont une certaine relation :

● La force d'expansion dans le processus de charge et de décharge de la batterie haute capacité au phosphate de fer lithié montre une tendance de changement non linéaire, similaire à la distribution de l'onde sinusoïdale, avec deux pics, le premier pic est d'environ 30%SOC, et le second pic est de 100%SOC.

● Au fur et à mesure du cycle, la force d'expansion de la batterie augmente progressivement. Le taux de croissance de la force d'expansion du 30%SOC et du 100%SOC est différent, la F30 initiale étant inférieure à la F100 ; au fur et à mesure du cycle, la F30 sera progressivement supérieure à la F100.

● Les résultats des essais montrent que la diminution de la capacité s'accélère après F30 plus que F100.
Sur la base de cette règle, la durée de vie de la batterie peut être prédite par le changement de pression au cours du cycle.