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新技术可恢复老化锂离子电池并延长循环寿命

来源:X-MOL 浏览次数:78 发布日期:2019-04-15

因目前锂离子电池技术发展趋于稳定,促使便携式电子设备及电动车产业蓬勃发展,造成全球对于锂离子电池的需求量日益增加,然而长期使用锂离子电池产品,将会使电池内部材料老化而导致蓄电量降低,导致产品使用一段时间后就须更换新的电池。目前市面常见的充电方法为定电流-定电压(CC-CV)充电法,然而此充电法于定电流(CC)充电段即将结束时,会造成电池内部固态电解质介面(SEI)的生成,使电池内可循环的锂离子损失,导致电池循环寿命下降。


台湾大学凝态科学研究中心陈柏端等应用密度泛函理论对于磷酸铁锂(LiFePO4)电池内部锂离子移动情形进行分析计算,建立一正弦波充电模型,此模型于充电过程中引入一负电压来抑制钝化层的生成。


研究人员以电动车用电池容量低于80%就需汰换的标准,来比较弦波充电法与传统CC-CV充电法的电池电容量,并对电池以大电流充放电的方式来模拟电动车使用情境,由实验结果可发现传统CC-CV充电法于600次循环后就达80%容量,而使用弦波充电法的电池还有剩余95%的电容量,说明弦波充电法对于电池使用寿命上有延长的功效。


另外,对于从电动车上淘汰下来的电池以弦波充电法充电,也能够提升最多18.7%的电容量。弦波充电于充电过程中,电池温度上升最多9  °C,且充电时间仅需传统CC-CV充电法时间的一半,其表现皆优于传统CC-CV充电法。


为验证弦波充电法对于电池内部SEI膜阻抗的影响情形,研究人员利用电化学阻抗图谱(EIS)对电池进行分析,结果显示使用此充电法进行600次循环后的电池比起使用传统CC-CV的电池,有效抑制了SEI膜的成长,并能保持与全新电池内部阻抗相近的水平,说明此充电法对于锂离子电池内部材料结构的破坏情形较小,而能提供电池更长的使用寿命,故此充电法将提供锂离子电池产品使用者更好的选择。

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