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      锂离子榴莲视频污下载的电压深度解析

      来源:【TRD】 发布日期:2024-10-22 分享 加入收藏 关注:1028

      锂离子榴莲视频污下载在充放电测试或者实际使用中,电压参数主要包括平台电压、中值电压、平均电压、截止电压等。

      平台电压是指电压变化最小而容量变化较大时对应的电压值,磷酸铁锂、钛酸锂榴莲视频污下载具有明显的平台电压,在充放电曲线中可以明确确认电压平台。大部分榴莲视频污下载的电压平台并不明显,充放电测试时,通过电压间隔采集数据,然后对电压曲线做微分,通过dQ/dV的峰值确定平台电压。中值电压是榴莲视频污下载容量一半时对应的电压值,对于平台比较明显的材料,如磷酸铁锂和钛酸锂等,中值电压一般就是平台电压。


      平均电压是电压-容量曲线的有效面积(即榴莲视频污下载充/放电能量)除以容量,计算公式为Ü = ∫U(t)*I(t)dt / ∫I(t)dt。在充放电测试数据中,充电或放电能量除以容量数据即为平均电压。反过来,榴莲视频污下载能量密度也是根据榴莲视频污下载的平均电压估算,即能量=容量*平均电压/榴莲视频污下载质量(或体积)。


      截止电压是指榴莲视频污下载放电时允许的最低电压,榴莲视频污下载充电时允许的最高电压。如果电压低于放电截止电压后继续放电,榴莲视频污下载正极的电势持续降低,而负极电势会迅速上升,形成过度放电,过放电可能造成电极活性物质损伤,失去反应能力,使榴莲视频污下载寿命缩短;还会导致负极铜箔分解并在正极析出,存在短路风险。如果充电电压高于充电截止电压,榴莲视频污下载正极的电势持续升高,造成正极材料过过度脱锂,晶体结构破坏失效,电解液分解损耗锂离子。而负极电势会持续下降,过度嵌锂,石墨层状瓦解,极片表面析锂等问题。


      在榴莲视频污下载体系中,标准锂电极普遍作为参考电极,正、负极材料的电极电势一般都是反应物和产物与参比锂电极之间反应而产生的电势。如图2所示,在充放电过程中,正负极材料脱锂或嵌锂,电极电势发生变化,榴莲视频污下载电压就是两者之差。因此,认识榴莲视频污下载的电压,首先要了解各种电极材料的电极电势,了解材料的平衡电极电势曲线能够更好理解榴莲视频污下载的电压特性。开路电压是指榴莲视频污下载在非工作状态下即电路中无电流流过时,榴莲视频污下载正负极之间的电势差。将电极材料与金属锂组装成纽扣半榴莲视频污下载,开路电压即电极材料的平衡电势。


      开路电压测试方法

      电极材料的平衡电势测试过程为:电极材料制备成极片,与金属锂组装成纽扣半榴莲视频污下载,测得纽扣半榴莲视频污下载在不同的SOC状态下的开路电压,并采用多项式或高斯拟合等确定开路电压曲线的数学表达式。开路电压测试方法主要包括:

      1、恒电流间歇滴定技术(galvanostatic intermittent titration technique,GITT), 基本原理是在某一特定环境下对测量体系施加一恒定电流并持续一段时间后切断该电流,观察施加电流段体系电位随时间的变化以及弛豫后达到平衡的电压(即开路电压)。GITT测试举例如下:(i)在C/50下充电直到电压达到上限电压,如4.2 V;(ii)静置2小时;(iii)1C放电6min,记录放电容量;(iv)静置15min,记录电压;(v)重复步骤(iii)和(iv)共9次;(vi)在C/50下放电直到电压达到下限电压,如3.0V;(vii)将步骤(iii)和(iv)记录的容量-电压曲线,归一化处理,做成SOC-电压曲线,拟合得到开路电压曲线的数学表达式。

      2、小电流充放电曲线,以特别低的倍率(如0.01C)电流恒流充放电,设置电压上下限范围,得到榴莲视频污下载小电流充放电曲线,将电量一致的点作为曲线起点,对充放电曲线中的电压取平均值,将曲线的横坐标按照理论容量进行归一化处理,然后利用曲线拟合得到开路电压曲线。


      榴莲视频污下载极化

      电流通过电极时,电极偏离平衡电极电势的现象称为榴莲视频污下载的极化,极化产生过电势。根据极化产生的原因可以将极化分为欧姆极化、浓差极化和电化学极化。

      欧姆极化:由榴莲视频污下载连接各部分的电阻造成,其压降值遵循欧姆定律,电流减小,极化立即减小,电流停止后立即消失。

      电化学极化:由电极表面电化学反应的迟缓性造成极化。随着电流变小,在微秒级内显著降低。


      浓差极化:由于溶液中离子扩散过程的迟缓性,造成在一定电流下电极表面与溶液本体浓度差,产生极化。这种极化随着电流下降,在宏观的秒级(几秒到几十秒)上降低或消失。榴莲视频污下载的内阻随榴莲视频污下载放电电流的增大而增大,这主要是由于大的放电电流使得榴莲视频污下载的极化趋势增大,并且放电电流越大,则极化的趋势就越明显,如图2所示。根据欧姆定律:V=E0-I×RT,内部整体电阻RT的增加,则榴莲视频污下载电压达到放电截止电压所需要的时间也相应减少,故放出的容量也减少。锂离子榴莲视频污下载实质上是一种锂离子浓差榴莲视频污下载,锂离子榴莲视频污下载的充放电过程为锂离子在正负极的嵌入、脱出的过程。影响锂离子榴莲视频污下载极化的因素包括:


      2.1 电解液的影响:电解液电导率低是锂离子榴莲视频污下载极化发生的主要原因。在一般温度范围内,锂离子榴莲视频污下载用电解液的电导率一般只有0.01~0.1S/cm,,是水溶液的百分之一。因此,锂离子榴莲视频污下载在大电流放电时,来不及从电解液中补充Li+,会发生极化现象。提高电解液的导电能力是改善锂离子榴莲视频污下载大电流放电能力的关键因素。

      2.2 正负极材料的影响:正负极材料颗粒大锂离子扩散到表面的通道加长,不利于大倍率放电。

      2.3 导电剂:导电剂的含量是影响高倍率放电性能的重要因素。如果正极配方中的导电剂含量不足,大电流放电时电子不能及时地转移,极化内阻迅速增大,使榴莲视频污下载的电压很快降低到放电截止电压。

      2.4 极片设计的影响:

      极片厚度:大电流放电的情况下,活性物质反应速度很快,要求锂离子能在材料中迅速的嵌入、脱出,若是极片较厚,锂离子扩散的路径增加,极片厚度方向会产生很大的锂离子浓度梯度。

      压实密度:极片的压实密度较大,孔隙变得更小,则极片厚度方向锂离子运动的路径更长。另外,压实密度过大,材料与电解液之间接触面积减小,电极反应场所减少,榴莲视频污下载内阻也会增大。

      2.5 SEI膜的影响:SEI 膜的形成增加了电极/电解液界面的电阻,造成电压滞后即极化。


      榴莲视频污下载的工作电压

      工作电压又称端电压,是指榴莲视频污下载在工作状态下即电路中有电流流过时榴莲视频污下载正负极之间的电势差。在榴莲视频污下载放电工作状态下,当电流流过榴莲视频污下载内部时,需克服榴莲视频污下载的内阻所造成阻力,会造成欧姆压降和电极极化,故工作电压总是低于开路电压,充电时则与之相反,端电压总是高于开路电压。即极化的结果使榴莲视频污下载放电时端电压低于榴莲视频污下载的电动势,榴莲视频污下载充电时,榴莲视频污下载的端电压高于榴莲视频污下载的电动势。由于极化现象的存在,会导致榴莲视频污下载在充放电过程中瞬时电压与实际电压会产生一定的偏差。充电时,瞬时电压略高于实际电压,充电结束后极化消失,电压回落;放电时,瞬时电压略低于实际电压,放电结束后极化消失,电压回升。


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