1、实验对象
实验对象为型号15DR(标称3.7 V/15.2 Ah)的功率型锂离子动力电池,正极为三元(镍钻锰)材料体系,单体电芯容量为17.6 Ah(1℃倍率放电至截止电压3.0V)。在常温下以0.5℃恒流充电至4.20V,4.20V恒压至0.05℃结束充电,代表性的充电曲线如图1所示。采用电子负载和高低温试验箱,完成充电后,在对应测试环境温度下搁置2 h后进行倍率放电容量测试,分别进行不同环境温度下高倍率放电容量、室温环境下不同倍率放电容量的测试。
2、高低温试验特性
2.1常温特性
在25℃下,设定放电截止电压3.0V,分别测试1℃(15.2A、10℃(152 A)、15℃(228 A)和20℃(304 A)倍率下的放电容量。图2所示为在常温条件下电池放电容量、放电电压与倍率之间的关系曲线,归一化到1℃的放电容量,单体电池在10℃
下的放电容量比率为98%,在15℃下的放电容量比率为97%,在20℃下的放电容量比率为93%。从特性曲线和实测数据可以看出,随着放电倍率的升高,放电容量在逐渐下降,而且放电平台电压也在下降,在20℃倍率放电下,单体电池尚有较好的电性能。
放电过程中对电池的极耳、电池主体进行温升监测,电池主体的温升明显高于极耳。图3为常温倍率放电电池主体温升曲线,随着放电倍率的升高,电池主体温升速率变大,20℃放电zui高温度为75℃ ,出现在放电结束后的搁置期。
2.2低温特性
在250A(14.2℃)放电下,25、10和0℃设定放电藏止电压3.0V;由于在-10℃和-20℃下,电池带载初期电压低于3.0V,因此设定放电截止电压2.0V,分别测试各温度下的放电容量。图4所示为在250A下电池放电容量、放电电压与环境温度之间的关系曲线,归一化到25℃的放电容量,单体电池在10℃时的放电容量比率为94%,在0℃时的放电容量比率为87%,在-10℃时的放电容量比率为91%,在-20℃时的放电容量比率为88.5%。在低温放电情况下,随着温度的降低,放电容量逐渐下降,放电电压平台也在降低特别是放电初期电压下降明显。在-20℃下,带载初期电压降幅大于1.5V,随着电池自身的发热,电压有所回升,但zui高电压也只有3.2 V;在0℃下,电池zui低电压未低于3.0 V。
图5为低温倍率放电电池主体温度变化曲线,随着环境温度的降低,电池主体温升速率变大,zui高温度同样出现在放电结束后的搁置期。主要是由于在低温下,电导率相对常温时变低,电池内部的化学反应速率变慢,电极的反应活性降低,Li的扩散速率下降,电池内部阻抗增大,导致电极的嵌脱锂能力降低,从而造成放电电压平台降低,放电容量随着温度降低而急剧下降。
2.3高温特性
在250A(14.2℃)放电条件下,设定放电截止电压3.0 V,分别测试25.40和60℃时的放电容量,图6所示为在250A条件下电池放电容量、放电电压与环境温度之间的关系曲线。在高温放电情况下,温度对容量几乎没有影响,而放电电压平台随着温度的升高有所提升。
图7为高温倍率放电电池主体温度变化曲线,随着环境温度的升高,电池主体温升速率变小,zui高温度同样出现在放电结束后的搁置期。