Handy ist inzwischen jeder täglicher Bedarf, sicher haben wir die Erfahrung, mit der Zunahme der Handy-Nutzung der Zeit wird Standby-Zeit kürzer und kürzer, wir hatten einen ganzen Tag die Bedürfnisse gerecht zu werden, muss nun einen Tag zwei den Auftrags bis zum Ende, zwei volle Tage Füllung können das Problem nicht lösen, ist es das, was wir sagen oft, Handy-Akku sterben, wir in der Regel Lithium-Ionen-Batterien Lebenserwartung sinkt nach unten "genannt. Was ist die Ursache der Batterie Lithium-Ionen ist verstrichene Zeit Verringerung der Lebensdauer davon? vor der Beantwortung dieser Frage müssen wir zunächst mit einem Konzept vertraut sein, was ist die Lithium-Ionen-Akkulaufzeit? im allgemeinen, werden wir Lithium-Ionen-Batteriekapazität sinkt während des Zyklus auf 80% der Anfangskapazität sein die Anzahl der Zyklen, wie die Lithium-Ionen-Akkulaufzeit zeit~~POS=HEADCOMP definiert. Telefon für die häufigen Austausch von elektronischen Produkten benötigen wird, ist es Lithium-Handy-Akku Hersteller in der Regel Ionen-Batterielebensdauer-Design werden etwa 500-mal ist, dass, wenn wir telefonieren jeden Tag auf einer Gebühr Nach etwa anderthalb Jahren sinkt die Kapazität unserer Handybatterie auf etwa 80% der ursprünglichen Kapazität Wir fühlen uns den Akku des Telefons nicht genügend Grund erhält. Natürlich bedeutet dies nicht, dass jeder versuchen, nicht zu berechnen, berechnen weniger, aber erfordert wissenschaftliche und angemessene Gebühr am Ende des Artikels, werden Kleinserien für alle eingeführt werden Einige Tipps zum Aufladen des Telefons, ich hoffe jeder kann helfen.
Hier kommen wir, warum Lithium-Ionen-Batterie während des Gebrauchs zu verstehen, wird der Rückgang nach unten passieren? Zunächst müssen wir uns klar sein, in internem Lithium-Ionen-Akku, zusätzlich zu der normalen Lithium-Ionen-Einlagerung und Auslagerung von positiven und negativen Antworten, auch gibt es viele Nebenreaktionen, wie die Bildung und das Wachstum des SEI-Films, die Zersetzung der Elektrolytlösung, die Zersetzung des Bindemittels, das positive aktive Elektrodenmaterial Cracken, neben anderen Faktoren, in einer Lithium-Ionen-Batteriekapazität führen wird verringert. Obwohl der Lithium-Ionen-Batterieausfall Abfall verursacht Es gibt eine Menge Faktoren, aber kann in drei Kategorien zusammengefasst werden: 1) Lithium-Verlust, Lithium-Ionen-Akku ist ein geschlossenes System, die innere Substanz ist konstant, SEI Filmbildung, Zerstörung, negative Analyse von Lithium wird nur verbrauchen Li einige Ressourcen, 2) Verlust des positiven Elektrodenaktivmaterials, eine Lithium-Ionen-Batterie in dem Verfahren verwendet neigt dazu, in dem positiven Elektrodenmaterial Teilchen zerbrochen auftreten, die Bindemittelzersetzung und die Kristallstruktur des Positivelektrodenmaterials und andere Faktoren ändern, die zum Verlust eines Teils des positiven aktiven Elektrodenmaterials führen können eingebettet Lithium und andere Fähigkeiten; 3) Verlust von negativem aktivem Material, wie die negative aktive Materialabgabe, Bindemittelzersetzung und andere Faktoren, werden zu etwas negativem aktivem Material führen Verbunden mit den leitenden Teilchen verlieren, ein leitfähiges Netzwerk, was es unmöglich macht Lithium, was in einem Lithium-Ionen-Batteriekapazitätsverlust.
Obwohl wir Annahmen über die oben genannten führen zu Lithium-Ionen-Batterien sinken nach unten können Mechanismus gemacht haben, und relevantes Modell machen, aber beide jetzt das Fehlen geeigneter Mittel zur Erkennung, sondern auch einen Mangel an entsprechendem experimentellen Beweis zu unterstützen. Wir haben eine prismatische Lithium-Ionen-Batterie, beispielsweise, die Batterie vollständig unter Vergrößerungsverhältnis C / 25 elektrische seziert, fand eine negative Elektrode einer Batterie, die Polstücke offensichtlich Ungleichmäßigkeiten Lithium, wie oben gezeigt, aber in der gleichen Batteriekapazität batch Praxis nur ein Unterschied von 0,2%, was nur eine uneinheitliche negative Elektroden ist, aber die höchste Kapazität zeigt, und daher ist die herkömmliche Siebeinrichtung ist schwierig, das Vorhandensein dieser Defekts Zelle zu unterscheiden, aber Lithium negative Elektrodenplatte uneben Ursache Lithiumionen Langfristige Verschlechterung der Batterieleistung.
Kürzlich schlug Christoph R. Birkl Oxford University ein Verfahren zur Herstellung einer Batterieleerlaufspannung der Batterie Lithiumionen unter Verwendung von zum Erkennen Leerlaufspannung der Lithium-Ionen-Batterie ist die Potentialdifferenz zwischen der positiven und den negativen Differenz, die Reaktionsthermodynamischen Eigenschaften einer Lithiumionen-Batterie, So können wir eine Fülle von Informationen über die positiven und negative Elektroden liefern. Christoph R. Birkl Knopfbatterien einen Lithium-Ionen-Batterieausfall verwenden, die durch die drei Modi beeinflussen die Reduzierung der Leerlaufspannung der durch Experimente überprüft Batterie wurde festgestellt, dass der Leerlauf der Batterie die Erfassungsspannungskurve kann die Batteriefehlermodus Ursache Abfall identifizieren kann Christoph R. Birkl Arbeit gesagt werden, und ihren Beitrag zum Management der Durchbruch Lithium-Ionen-Batteriesystem machen.
Christoph R. Birkl durch die Elektrode erzeugt wird, von den rechteckigen Batterien entfernt wurde Kommerzielle Knopfbatterie und eine Lithium-Ionen-Batterie simuliert drei abnehmend bis Modus: 1) Verlust von Lithium, 2) der negativen, aktiven Elektrodenmaterialverlust, 3) ein positives, aktives Elektrodenmaterial Verlust dar. um die Genauigkeit des Tests zu gewährleisten, sind alle Testzellen in einem thermostatisierten Kasten sind, müssen 3h stabilisieren, um das thermische Gleichgewicht zu erreichen. zwei in den Tests gemessenen Spannungen hatten eine Ladungs-Entladungs-Prozess ist die gemessene Spannung, die Spannung mal auf falsch, falsch Spannungsabfall bezeichnete bei der Bestimmung Ausfallmodus der Lithium-Ionen-Batterie zu unterstützen, verwendet werden, während der Lage, den realen Lithium-Ionen-Batterie Leerlaufspannungsmodus Absenken des Bestimmens eine Lithium-Ionen-Batterie ist.
Erstens, Christoph R. Birkl theoretische Kapazität erhielt aus dem Bereich der Knopfzelle Knopfbatterie Polstück berechnet und dann durch die positive Elektrodenlasche Delithiierung Lade simuliert verschiedene Ebene der Lithium-Ionenverluste, durch Stücke der negativen Elektrode Schneid cut simuliert Negativelektrodenaktivmaterialverlust der positive Elektrodenlasche Schneidsimulation positiven, aktiven Elektrodenmaterialverlust dar. um die Testergebnisse, Christoph R. Birkl Histogramms festgestellt unter Verwendung eines physikalischen Modells zu analysieren, wie oben gezeigt, wobei die linke SoC Zustand der negativen Elektrode, eine positive Elektrode des SoC richtigen Zustandes, das Modell in Fig normalen Batteriemodell, aus der Figur in den normalen Zellenkonstruktionen zu sehen ist, die Auslegungskapazität der negativen Elektrode ist im allgemeinen etwas höher, was im allgemeinen als n bezeichnet wird, negativ Redundanz, Redundanz geeigneten Lithium-Ionen-Batteriezykluseigenschaften garantieren kann, kann es im Fall der Lithium-Ionen-Batterie Überladung der Lage, ausreichend Lithium Aufnahme um sicherzustellen, dass keine Ausfällung von Lithium, sorgt für die Sicherheit der Batterie auftreten.
In dem vorhergehenden führen wir die möglichen Gründe für den Lithium-Ionen-Batterieausfall Abfall und Christoph R. Birkl diese Faktoren die analoge Knopfbatterie erzeugen können, die Simulation: 1) Verlust von Lithium, 2) Verlust des positiven Elektrode aktiven Materials ; die negativen aktiven Elektrodenmaterialverluste 3), Einführung in das physikalische Modell Christoph R. Birkl Lithium-Ionen-Batterien bauen, dann werden wir Ihnen zeigen, wie Sie dieses physikalische Modell der Faktoren verwenden, die nach unten auf verschiedene Lithium-Ionen-Batterie Rückgang führen Lithium-Ionen-Batterie zu öffnen Auswirkungen auf die Spannungsanalyse.
Zunächst betrachten wir die physikalische Modell Christoph R. Birkl etabliert, wie oben gezeigt, enthält das Modell über zwei rechteckige Säulen, wobei die rechtwinkligen Stäbe die linke repräsentieren eine negative Elektrode SoC-Zustand ist, die rechte Seite SoC die positive Elektrode darstellt, Zustand 0% -100% zwei Linien, die die unteren und oberen Grenzen einer Lithium-Ionen-Batterie darstellt.
Hinweis: Die Lithium-Batterie bei unterschiedlichen nächsten Zustand SoC wir erwähnt, beziehen sich auf die theoretische Kapazität der Referenzbatterie und Verluste werden gezählt, das heißt, wenn die positive Elektrode 30% Li verloren hat, Und ist irreversibel, obwohl in diesem Moment der niedrigste SOC-Zustand der Batterie 30% wird, wird der Bereich des Batterie-SoC auch 30% -100%.
Erstens haben wir an der positiven Elektrode der Lithium-Verlust von 30% aussehen, 0% SoC in einem Zustand, in dem die negative Elektrode, die positive Elektrode 30% SoC Zustand erreicht hat, was sich in der Leerlaufspannung ist in den gleichen Zustand SoC, die Leerlaufspannung der Batterie sinkt erheblich, z.B. in der Kontrollgruppe war die Batterie-Leerlaufspannung der Batterie 0% SoC 2,7 V abfällt, dann den Verlust von Lithium-Batterien, aber bei 30% SoC Zustand hat 2,7V erreicht hat, dieselbe um die Batterie 4,2V Aufladen des Batteriezustand als normal SoC Die Batterie ist um 2% höher, hauptsächlich weil das Anodenpotential im selben SoC-Zustand höher ist als die normale Zelle, was bedeutet, dass man die Entladungskurve einer Zelle vergleicht, Der Abfall ist schneller und die Abschaltspannung wird früher erreicht, mit einer hohen Wahrscheinlichkeit von Lithiumverlust.
Schauen sie sich die nächsten aktiven Anodenmaterialverluste und den Verlust von Lithium aussieht gleichzeitig vorliegen, ist dies in der Regel, weil der negativen Elektrode Aktivmaterialteilchens Bruch-, Kollektor und ein leitfähiges Netz oder die Verbindung unterbrochen wird, in reduzierter Menge des aktiven Materials führen die Lage an der Reaktion teilnehmenden , so daß die Stromdichte zunimmt, erhöht sich auch die Dämpfung Batterietropfengeschwindigkeit Analog Taste Batteriegehäuse 30% ist und die Lithium-Negativelektrodenaktivmaterialkontrastverlust, der normale Entladungskurve der Batteriezelle. aus der Kurve zu sehen ist, desto SoC der Hochtonbereich wird die Batteriespannungskurve überlappen fast vollständig auf die normale Zelle, sondern innerhalb des SoC niedrigen Bereich, die übermäßige Freisetzung von negativen Lithium-Elektrode, wie die negative Potentialelektrode stieg schnell zu einem raschen Rückgang der Spannung der Batterie führen, so dass die Batterie schneller wenn im Vergleich zu dem Anfangszustand der Batterie Spannungskurve eine Entladungskurve einer Batterie des Vergleichs erreicht die Abschaltspannung. dh, mich nicht signifikant in der frühen Phase ändern, aber im niedrigen Bereich SoC, schneller Spannungsabfall, desto schneller er erreicht die Grenzspannung, die anzeigt, dass die Batterie schlecht Abfall ist, wahrscheinlich aufgrund eines großen Teils des negativen Elektrodenaktivmaterial und darin eingebetteten In.
Lassen Sie sich dieses Modell verwenden, um die aktiven Materialverluste nur negative Elektrode zu analysieren, eine negative Elektrode simuliert Knopfbatterien 30% des Wirkstoffs zu verlieren, aber kein Verlust von Li, das zu negativem Li akzeptieren kann führen kann weniger als positiv kann fast kein Unterschied, Lithium (12% positiver als die negativ), die sie in der Leerlaufspannung der Batterie in einem niedrigen Batteriezustand SOC ist, der Spannungsverlauf und die normale Lithiumionen-Batterie zur Verfügung stellen, aber wenn ein höhere SoC, Batteriespannung schnell steigen, vor allem wegen des negativen Lithium-Übergangs führte zu dem negativen Elektrode Potentialabfall durch den Abfall verursacht, wenn die Batterie auf 4,2 V geladen ist, führt zu negativen Oberflächen Ablagerung von Lithium-Dendriten, ist dies die gefährlichste von Umständen zu Lithium führen kann Mit anderen Worten, wenn der Spannungsverlauf der Lithium-Ionen-Batterie in der Anfangsphase (Low-SoC-Stufe) und der Spannungskurve nahezu deckungsgleich mit der Anfangsspannungskurve der Batterie ist Die Spannung am Ende der Kurve steigt schnell an und die Kapazität der Batterie nimmt ab, und es ist sehr wahrscheinlich, dass das negative aktive Material den Kapazitätsverlust verursacht.
Wir analysieren, ein Teil des positiven, aktiven Elektrodenmaterialverlust, während der Fall des gleichzeitigen Verlust von Lithium, die durch den Bruch des positiven aktiven Materialpartikel sein können, und dem leitenden Verlust der Netzwerkverbindung und anderen Ursachen, ist es möglich, ein aktives Material einer Lithium-Ionen-Reduktion zu liefern , Was dazu führte, dass das verbleibende positive aktive Material im Prozess der Lithium-Deinterkalation schneller, das positive Potenzial im gleichen SoC-Zustand war deutlich höher als die Kontrolle normalen Batterie, die Batterie Leerlaufspannung ist die gleiche SoC-Zustand, die Kathode aktiven Material Verlust der Batteriespannung ist deutlich höher als die normale Batterie, und schnell die Ladeschlussspannung zu erreichen.
Schließlich Analyse Verlust eines Teils des positiven Elektrodenaktivmaterial, das Lithium ohne Verlust, der Fall gewesen ist im allgemeinen positive aktive Elektrodenmaterial desorbierenden Partikel Bruch, Verlust durch Faktoren verursacht wird, die Kapazität dieses Segment des SoC niedrigen Lithiumionen-Batterie Wirkung größer, weil das positive elektrodenaktive Material, das in der Reaktion teilnehm reduziert wird, Li an der Reaktion nicht teilnimmt, reduziert werden kann, so dass die Batterie bereits während der Entladung die Abschaltspannung der Entladung erreicht hat, wird die Spannungskurve zur Reaktion gebracht, in hohem Zell SoC Abschnitt, die Spannungskurve nähert, wie die SOC-Zustand reduziert, ist die Spannung des Batterie mit dem positiven Elektrodenaktivmaterialverlust signifikant niedriger ist als eine normale Batterie, und ein Zustand, SoC höher (etwa 20%) erreichten eine Grenzspannung.
Wir verwenden das physikalische Modell Christoph R. Birkl etablierten Lithium-Ionen-Batterie sinken nach unten Mechanismus verschiedene Arten wurden mit unterschiedlicher Spannungsdifferenz zwischen dem Lithium-Ionen-Akku analysieren vertraut ist ein Lithium-Ionen-Batterie offen Einfluss des Fehlermodus, Als nächstes werden wir entsprechend dem physikalischen Modell, ein mathematisches Modell eines Lithium-Ionen-Batterie, verschiedene Fehlerarten abgeleitet Lithiumionenbatterie Leerlaufspannung der Lithium-Ionen-Batterie.
Da verschiedene Modi des Verfall Spannungsabfall Effekts auf Lithium-Ionen-Batterie Leerlauf ausreichend klein ist, so müssen wir Kreisspannung der Lithium-Ionen-Batterie mit hohen Passgenauigkeit öffnen Sie die Bestimmungsgenauigkeit des Lithium-Ionen-Akkus abnehmen Down-Modus zu verbessern.
Ein Elektrodenmaterial für die allgemeine Auslastung der zur Verfügung stehenden kann Gitterpunkte des aktiven Materials beschrieben werden x, x im Bereich von 0 bis 1 in mehrphasigen Verbundmaterial, entsprechend den Wert von X entsprechend die Leerlaufspannung (von EOC) in der Berechnungsformel berechnet, gezeigt in
Wobei N die Anzahl der Phasen in dem Material ist, ΔXi Beitragsverhältnis der i-ten Phase, Eo ist i die Phasengitterenergie i, ai eingebetteten Energieschätzwert die Wechselwirkung zwischen dem Ion, e ist Element Ladung, k die Boltzmann-konstante, T die absolute Temperatur ist.
Parametrisierung der Leerlaufspannung und die Batteriekapazität wird in zwei Schritte unterteilt, während eine falsche Spannung während der Leerlaufspannung OCV der Batterie wurde passen, gemessen unter Verwendung eines ersten Teil der Ladung und Entladung, und die Anpassungsergebnisse sehr nahe an die tatsächlichen Testergebnisse, die positive Elektrode RMSE 7mV nur negative nur 12mV rms Fehler bedeuten quadratische Fehler der gesamten Batteriespannung 3mV nicht gesetzt ist. der zweite Schritt ist eine Leerlaufspannung Elektroden, die Leerlaufspannung der Hauptbatterie zu simulieren Armatur Die Spannung ist gleich der Spannungsdifferenz zwischen den positiven und negativen Elektroden, um die positive und negative Elektrodenspannung zu erhalten.
Durch Einpassen Rückgang bis auf die Leerlaufspannung der Lithium-Ionen-Batterie mit der Spannungskurvenanpassungskurve verglichen mit einer Referenzspannung, kann Rückgang Down-Modus Lithium-Ionen-Batterie werden analysiert. Decline Modell einer Lithium-Ionen-Batterie nach unten soll die drei abzuschätzen Wichtige Parameter: 1) Lithiumverlust, 2) Verlust von Kathodenaktivmaterial, 3) Verlust von Anodenaktivmaterial.Der Modellierungsprozess wird aufgrund von Platzbeschränkungen nicht detailliert.Für interessierte Leser kann auf unsere Referenzen verwiesen werden Lassen Sie uns einen Blick auf das Ergebnis werfen.
Das Verfahren zum Einpassen der gemessene Spannung während des Ladens und die Leerlaufspannung OCV Kurve Entladen unter Verwendung eines Batteriemodell die Zerfall Tropfenanalyse, Christoph R. Birkl Lithium-Batterie, den LLI Verlust, Verlust des positiven aktiven Materials und die negative Elektrode LAMPE berechnet zu berechnen Es ist bemerkenswert, dass die hier berechnete Menge an Lithiumverlust sowohl das für die Bildung und das Wachstum des SEI-Films verbrauchte Lithium als auch das in den verlorenen positiven und negativen aktiven Materialien enthaltene Lithiumelement enthält der Verlust des aktive positiven Elektrodenmaterial variierende Mengen an Lithiumelement enthalten kann, es schwierig ist, den Lithiumverlust aufgrund von mehreren Faktoren ab, zu unterscheiden, so dass der Verlust von Lithium Verlust von Lithium hierin umfasst eine Vielzahl von Faktoren ab. Dieses Modell wirksam zu validieren Sex, richten Sie drei spezielle Batterien ein, Batterieinformationen wie in der folgenden Tabelle gezeigt.
Die folgende Grafik zeigt die Anpassungsergebnisse: Die Spannungs- und Spannungskurven für die Referenzzelle sind auf der linken Seite dargestellt.Das Histogramm auf der rechten Seite zeigt drei Arten von Zellen: 1) Lithiumverlust, 2) Verlust von positivem aktivem Material und 3) negativ Verlust von aktivem Material Der rote Teil stellt den tatsächlichen Verlust dar, der gelbe Teil stellt das Ergebnis dar, das gemäß dem Modell berechnet wird, und die Figur zeigt, dass die beiden sehr nahe sind In allen drei Fällen kann das Modell Lithium genau beurteilen Ionenbatterie-Abklingmodus.
Um die Gültigkeit dieses Modells zu überprüfen, wurden mehrere verschiedene Zerfallsmodi validiert, zuerst mit nur 25% Lithiumverlust. Die Anpassungsergebnisse sind in der folgenden Abbildung gezeigt. Der mittlere quadratische Fehler der Spannungsanpassung beträgt nur 6,7 mV. Die Modellanalyse ist dem tatsächlichen Ergebnis mit einem kleinen Fehler sehr nahe.
Dann die 36% Lithium-Einfügedämpfung der negativen Elektrode, die Analyse Ergebnisse in der folgenden Abbildung, das Modell genau bestimmen die Haupt-Zerfallsmodus Batterie ist eingebettet Lithium negativen aktiven Material Verlust, der Fehler ist nur etwa 4%, positiv festgestellt Der Verlust an aktivem Material hat aufgrund der positiven Schneidkante eine gewisse Krümmung zur Folge, wodurch ein Teil des aktiven Materials nicht an der Reaktion teilnimmt, was zu einem bestimmten Fehler führt.
Betrachten wir die Kombination von zwei Abklingraten, die 25% Lithiumverlust und 13% Lithium-haltigen positiven aktiven Materialverlust umfassen, so beträgt in diesem Fall der gesamte Lithiumverlust 38%. Die Ergebnisse der Anpassung an den Fehlermodus sind gezeigt.In der Abbildung ist zu sehen, dass das Modell genau die Gesamtmenge an Lithiumverlustanalysiert, die nur geringfügig höher ist als die tatsächliche Situation und auchder Rand der positiven Elektrode ist Wirkung
Christoph R. Birkl Modell etabliert Spannung allein Prozess erfasst während des Ladens und Entladens, die Leerlaufspannung, die durch passende Art und Weise, die angepaßte Kurve eines Batterieleerlaufspannung OCV und eine Elektrode, die Leerlaufspannung Kurve der Batteriespannung und der Referenzkurve Die vergleichende Analyse kann die Art des Zerfalls der Lithium-Ionen-Batterie genau bestimmen und den Anteil der drei Moden beim Zerfall der Lithium-Ionen-Batterie bestimmen, was durch die experimentellen Daten gestützt wird. Wenn zum Beispiel eine große Menge an negativem aktivem Material verloren geht und Lithium nicht verloren geht, besteht die Tendenz, dass eine negative Elektroden-Lithiumpräzipitation auftritt, was einen internen Kurzschluss verursacht das aktive Material und erheblichen Verlust von Lithium, eine positive Elektrodenpotential ist zu leicht während der Ladung und Entladung, was zu einer verringerten Stabilität der positiven Elektrode aktives Material, es ist sehr gefährlich Ausfallmodi auftritt, wird die Notwendigkeit einer rechtzeitigen Austausch der Batterien in der gleichen Zeit.
