Definition des N / P-Verhältnisses
Bei der Auslegung der Batteriekapazität ist ein wichtiges Kriterium, dass die negative Elektrode eine größere reversible Kapazität als die positive Elektrode haben muss.Obwohl die Kapazität der negativen Elektrode kleiner ist, kann die Batterie einige Vorteilewie eine große Batteriekapazität haben, aber Lithium kann während des Ladens erscheinen. Die Abscheidung der Oberfläche der negativen Elektrode führt zu Dendriten, die zu Sicherheitsproblemen führen.Das sogenannte N / P-Verhältnis hat tatsächlich einen anderen Ausdruck, der CB (Cell Balance) genannt wird.
Die Berechnungsmethode ist N / P = negative Elektrodenkapazität pro Flächeneinheit / positive Elektrodenkapazität pro Flächeneinheit.
Abbildung 1 Schematische Darstellung von Lithiumdendriten
Faktoren, die das N / P-Verhältnis beeinflussen
Unter normalen Umständen wird das N / P-Verhältnis durch die folgenden Bedingungen bestimmt:
1, die erste Effizienz des aktiven Materials
2, Beschichtungsgenauigkeit
3, die Abnahmerate der positiven und negativen Zyklen
Gemäß der Beschichtungsgenauigkeit kann die ideale Beschichtungsgenauigkeit 100% betragen, und die positive Effizienz der positiven Elektrode ist größer als die erste Effizienz der negativen Elektrode In diesem Fall kann der theoretische Wert von CB zum Beispiel nahe bei 1 liegen.
Ein positives Elektrodenmaterial, Lithiumkobaltoxid, hat eine Entwurfskapazität von 140 mAh / g (erster Wirkungsgrad ist 95%) und eine positive Oberflächendichte von 300 g / m².2
Anodenmaterial Künstlicher Graphit, Design Kapazität ist 340mAh / g (90% künstlicher Graphit), negative Oberflächendichte 200g / m2
Beschichtungsgenauigkeit Angenommen, die Abweichung der Beschichtungsgenauigkeit beträgt 2,5%
Gemäß einer vernünftigen Berechnung liegt das NP-Verhältnis der negativen Elektrode der positiven Elektrode im allgemeinen zwischen 1,1 und 1,5, und die spezifischen Werte werden entsprechend dem Design des Materialsystems berücksichtigt.
Auswirkung des N / P-Verhältnisses auf die Ratenleistung
Um den Einfluß zu untersuchen, die positive und negative Elektrolytbatterie Ratenfähigkeit entspricht, das gleiche positives, aktive Elektrodenmaterial gehalten wird, die negative Selektion / Kathode N / P = 0.8,1.0,1.2,1.4,1.6,1.8 zusammengesetzte Batterie, aus der Fig. 0,2C Entladungsstrom in Übereinstimmung mit positiven und negativen Kapazitäten von 421mAh, 444mAh, 454mAh, 479mAh, 502mAh, wenn offensichtlich die N / P = 0,8 ist, die minimale Kapazität, N / P = 1,8, die maximale Kapazität. jedoch, N / P = 0,8 Wann ist die Entladungsspannungsplattform am höchsten?
Abbildung 2 0,2C Batteriekapazität Entladekurve
Fahren Sie fort, dem experimentellen Entwurf zu folgen, erhöhen Sie allmählich die Entladungsrate und führen Sie 1C, 3C und 5C Entladung auf der Batterie durch.
Abbildung 3 1C Batteriekapazität Entladekurve
Wenn das Verhältnis deutlich N / P = 0,8, wenn 1C, die minimale Kapazität, N / P = 1,6, die maximale Kapazität. Jedoch, N / P = 0,8, Internet des maximale Entladungsspannung.
Abbildung 4 3C Batteriekapazität Entladekurve
Wenn die Vergrößerung 3C beträgt, ist es offensichtlich, dass, wenn N / P = 0,8, die Kapazität am niedrigsten ist, und wenn N / P = 1,6, ist die Kapazität am höchsten.N / P = 1,2 ist jedoch die Entladungsspannungsplattform die höchste.
Abbildung 5 5C Batteriekapazität Entladekurve
Wenn die Vergrößerung 5C ist, ist es offensichtlich, dass, wenn N / P = 0,8, die Kapazität am niedrigsten ist, und wenn N / P = 1,6, ist die Kapazität am höchsten, aber wenn N / P = 1,2, hat die Batterie auch eine höhere Kapazität und die Entladungsspannungsplattform ist am höchsten.
Zusammenfassend, wenn die Entladungsrate ansteigt, wird die elektrochemischePolarisation größer und größer und die Entladungsspannungsplattform nimmt ab.Nach einer höheren Entladungsrate ist die Spannungsplattform bei dem N / P-Verhältnis = 1,2 am höchsten und hat auch eine höhere Hohe Kapazität.
Auswirkung des N / P-Verhältnisses auf die Leistung des Batteriezyklus
Dasselbe wird auch gewählt anderes N / P-Verhältnis = 1,0, 1,2, 1,4, 1,6, 1,8 Nach 125 mal 1C / 1C Zyklus ist die Kapazitätserhaltungsrate der Batterie wie in der folgenden Figur gezeigt, offensichtlich, wenn N / P = 1,0 Kapazitätsretentionsrate die niedrigste ist, wenn N / P = 1,8 Die Kapazitätserhaltungsrate ist die höchste und die Kapazitätsbeibehaltungsrate erhöht sich mit steigendem N / P-Verhältnis.
Abbildung 6 Batteriezykluskurve
Auswirkung des N / P-Verhältnisses auf die Batterieimpedanz
Wenn gemäß dem Experiment das N / P-Verhältnis 0,8, 1,2, 1,6 und 1,8 beträgt, ist der Batterie-SOC = 50% und das EIS der Batterieprüfbatterie ist wie folgt.
Abbildung 7 EIS-Karte Testkurve
Aus der Figur ist ersichtlich, dass bei einem N / P-Verhältnis von 0,8 der Radius des kleinen Halbkreises am größten ist und der Radius des kleinen Halbkreises bei einem N / P-Verhältnis von 1,6 am kleinsten ist: R0,8> R1,0> R1,8> R1.2> R1.6 zeigt an, dass die SEI-Filmimpedanz zuerst abnimmt und dann mit der Zunahme der negativen Elektrodenkapazität zunimmt, während die positive Elektrodenkapazität beibehalten wird.Wenn das N / P-Verhältnis 1,2 und 1,6 beträgt, ist R minimal. .
Fazit
Der Autor glaubt, dass das NP-Verhältnis der realistischste Batterieentwurfsparameter aus der tatsächlichen Produktion, Batterierate, Batteriezyklus, Batteriesicherheit und Batterieimpedanz ist.Das NP-Verhältnis liegt zwischen 1,1 und 1,5, aber das Batteriematerialsystem ist komplizierter. Mit einer Vielzahl von komplexen Einsatzmöglichkeiten, kombiniert mit theoretischen und praktischen Erfahrungen, um den besten chinesischen Kern zu entwerfen!
