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磷酸铁锂电池如何保存?
- 2017-01-06 -

本文以圆柱型9Ah铝壳lifepo4磷酸铁锂石墨电池为研究对象,研究了电池在55/45/23和-10℃下存储过程中和存储后电池的容量、电压、交流电阻等的变化,并着重测试了电池在45/23℃下存储前后直流内阻、功率能力、恒流充入比、库仑/能量效率等的表征参数变化,并分析了这些参数变化对整车电池组性能的影响,给出了lifepo4磷酸铁锂石墨体系动力电池的最佳存储方式。

 

  试验以圆柱32131型铝壳lifepo4磷酸铁锂石墨电池为研究对象,额定容量9Ah,正、负极活性物质分别为lifepo4磷酸铁锂、人造石墨。45/55℃存储使用DHP200型电热恒温培养箱;低温使用低温冰箱;电性能测试设备为CT-3008W-5V100A-TF测试柜;交流内阻测试设备为HIOKI3554蓄电池内阻测试仪,AC1kHz。

 

电池的储存实验一

  (1)选择≥60只单体蓄电池,在常温下,以4500mA(0.5C)电流在3.65~2V区间充放电循环3周,得到测试前电池的容量值,最后分别以100%、50%、0%SOC状态(每种SOC20只电池)结束,使容量达到稳定,搁置15h后,测量其电压、交流内阻等基本数据后待测;

  (2)分别选择4只100%、50%、0%SOC状态共12只电池放人55℃烘箱中搁置28天;分别选择4只100%、50%、0%SOC状态共12只电池放入45℃烘箱中搁置28天;分别选择4只100%、50%、0% SOC状态共12只电池放入23℃空调屋中搁置28天;分别选择4只100%、50%、0% SOC状态共12只电池放人-10℃冰箱中搁置28天;搁置过程中,每7天对这些电池进行内阻和电压测试;

  (3)搁置结束后,电池上测试柜,在常温下,以4500mA(0.5C)电流在3.65~2V区间放充电循环3周,得到存储后的电池容量。

 

数据与讨论:实验一存储28天过程中电池的电压、内阻、容量变化

  图1中给出了实验电池存储28天过程中的电压(开路电压)变化,从图1可见不同温度、不同SOC状态下存储过程中开路电压变化并不明显,一致性最好的是在50%SOC态下,变化最大的是0%SOC态下。这与lifepo4磷酸铁锂石墨体系电池在不同SOC状态下的极化有很大关系,一般地,该系列电池在空电即0%SOC时极化最大,50%SOC极化最小。从图1中0%SOC不同温度下的电压变化关系也可见,温度升高有利于电池快速达到极化后的稳定状态。利用这一原理,在电池整车模组配组时,可以通过升温,快速将极化状态相近的电池挑选出来。

图1 存储28天过程中电池的电压(V)变化图

 

  实验电池存储28天过程中的交流内阻变化如图2所示,从图2可见,交流内阻测试值随温度的升高而减小,这是由于温度越高,电池内部各个组分的导电能力越强。但经过存储后,恢复到常温再进行测试,所有电池的内阻均相差不大,但不同SOC、不同温度下存储后电池交流内阻变化还是比较明显的。45/55℃高温、100%SOC条件存储后的电池内阻增加明显较大,这是由于经过高温高SOC存储后,lifepo4磷酸铁锂/石墨体系电池中石墨负极表面的SEI增厚,电解质LiPF6微量分解,使SEI成份形成了阻抗较大的无机盐类如LiF等。

图2 存储28天过程中电池的交流内阻(mΩ)变化图

 

  表1中列出了电池经过28天存储后容量的变化数据,从数据中可见,相比于高SOC态,低SOC更利于电池的容量存储,从数据中可见,除低温0%SOC、-10℃情况下容量有损失外,其他0%SOC态下的电池容量均有一定程度的增加,这一现象的出现可能是由于经过存储后,正极材料二次粒子颗粒开裂,形成了新鲜界面,重新具有了脱嵌锂离子的活性。实际上,这一现象也出现在不经存储而直接进行循环的电池,这些电池在初始的几十周循环过程中,容量也是在逐渐增加的。

 

表1 存储28天前后电池的容量数据表