磷酸鐵鋰離子電池循環壽命下降機理研究

酸鋰鐵電池因為出色的安全性能,使它成為最好的電動公交車,巨大的使用使磷酸亞鐵鋰離子電池將面對各種各樣的使用環境和使用條件的測試,讓我們了解,如溫度、SoC,放電率將會對他們的生活出現影響,所以為了保證磷酸亞鐵鋰離子電池在不同條件下能滿足使用要求,我們要在一些使用環境中對磷酸鐵鋰離子電池的失效特性和機理有一個了解。

德國亞琛工業大學MeinertLewerenzetalLFP/石墨電池在不同的比率,特種部和溫度故障特點進行了討論,對鋰離子電池在存放一段時間后,新增容量,提出了一種理論來理解,在本文中,我們將帶你去了解MeinertLewerenz和其他人的研究結果。

在不同溫度和荷電狀態下，電池容量下降和內阻變化曲線可以看出，在25℃時，電池內阻下降約10%，電池容量下降1-2%。然而，在最初的200-400天存儲期間，容量反而新增了0.7-1.3%。MeinertLewerenz認為，事實上LFP電池在25℃下下降非常緩慢，在儲存過程中由于定期的容量測試本身導致電池容量的丟失。

例如，20%SoC電池的容量在存儲的前200天有明顯的新增，50%SoC電池的容量有一定的新增。儲存2年的容量損耗為10-15%，遠高于25℃時電池的容量損耗。60℃時，電池的容量下降幅度明顯高于25℃和45℃時的下降幅度，達到20-25%。

在開始儲存的時候，我們發現電池容量有一個小的上升，MeinertLewerenz認為這重要是由于負極邊緣有更多的正極，如下圖所示。負極比正極多的部分約為5.7%，正極相對負極的部分在充電開始時Li含量較高。但是，在電壓差的驅動下，Li會向外圍分散，縮短這個距離，最終使負極達到80%荷電狀態。因此,假如電池SoC狀態存儲在一個低,負電極周圍的李濃度高于中部,然后李分散從周圍向中心是促進了一部分,然后李濃度的負電極正極性部分新增,從而提高電池的容量后存儲。我們了解Li的色散重要是由負極不同部分的電壓差引起的。也就是說，當SoC大于80%時，石墨負極的電壓曲線相對平坦，因此負極不同部位之間的電壓差變得非常小。因此，Li的擴散速度較慢，容量上升趨勢不明顯。而在低荷電狀態下，負極電位差較大，可以有效促進鋰在負極中的彌散，進而使電池容量增大。下表為不同溫度和SoC下負極的電壓差。這部分的電壓差會推動鋰在負極內分散，重新平衡。試驗結果表明，在20%荷電狀態下，后貯容量新增1.5-3.4%，50%荷電狀態下新增0.6-1.7%，100%荷電狀態下新增0.5-0.7%，80%荷電狀態下減少0.7%。

這個理論非常簡單,但并不認為陰極的不均勻性,更靠近陽極的邊緣部分可能是元素,如更快的反應速率,也不能很好的解釋能力在高SoC失敗現象,但SoC理論可以更好地解釋低,基于石墨陽極后的蓄電池容量上升現象,值得我們后續進行討論。