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商业化磷酸铁锂与三元动力beplayapp 真实性能对比实验

作者:来源:锂电联盟会长时间:2020-11-03

[摘要]三元beplayapp 体育下载 安全隐患高于磷酸铁锂,国内外关于beplay娱乐 燃烧、爆炸的事故报道中,三元beplayapp 体育下载 所引发的安全事故量显著高于磷酸铁beplayapp 。

目前国内的主流beplayapp 体育下载 ,根据正极材料的不同,分为磷酸铁beplayapp 和三元beplayapp 体育下载 两种。正是由于正极材料的不同,造成了这两种beplayapp 体育下载 在性能上存在较大的差别。

磷酸铁锂材料结构稳定,热稳定性好,其循环性能和安全性优于三元材料;三元材料能量密度高,但由于充放电过程中材料结构不稳定,易发生相转变,因此其循环性能比磷酸铁锂差;三元材料的热稳定性较差,因此三元beplayapp 体育下载 安全隐患高于磷酸铁锂,国内外关于beplay娱乐 燃烧、爆炸的事故报道中,三元beplayapp 体育下载 所引发的安全事故量显著高于磷酸铁beplayapp 。

一、实验过程

本文根据GB/T 31484-2015《beplay娱乐 用动力蓄beplayapp 体育下载 循环寿命要求及试验方法》和GB/T 31486-2015《beplay娱乐 用动力蓄beplayapp 体育下载 电性能要求及试验方法》的相关测试规程,对75Ah磷酸铁锂和三元NCM622beplayapp 体育下载 的单体循环寿命、室温放电容量,以及模块(5支单体串联)的室温放电容量、室温倍率性能进行了测试。beplayapp 体育下载 单体和模块照片如图1所示。磷酸铁beplayapp 单体质量1.81kg,模块质量9.05kg;三元beplayapp 体育下载 单体质量1.34kg,模块质量6.70kg。

图1 商业化磷酸铁beplayapp (a)单体和(b)模块;商业化三元beplayapp 体育下载 (a)单体和(b)模块

1.1 beplayapp 体育下载 单体性能测试

磷酸铁beplayapp 单体充电电压上限为3.8V,放电终止电压为2V;磷酸铁beplayapp 模块充电电压上限为19V。三元beplayapp 体育下载 单体充电电压上限为4.2V,放电终止电压为3.0V;三元beplayapp 体育下载 模块充电电压上限为21.5V。

1.1.1 单体循环寿命测试

a)以1I1(I1=75A)放电至终止电压;

b)搁置30分钟;

c)以1I1电流恒流充电至电压上限转恒压充电,至充电电流降至0.05I1时停止充电;

d)搁置30分钟;

e)以1I1放电至放电终止条件,记录放电容量;

f)按照b)~e)连续循环500次。

1.1.2 单体室温放电容量测试

a)1I1电流恒流充电至电压上限转恒压充电,至充电电流降至0.05I1时停止充电,搁置1h;

b)室温下,蓄beplayapp 体育下载 以1I1电流放电,直到放电至终止电压;

c)计量放电容量,记录放电比能量;

d)重复步骤a)~c)5次,当连续3次试验结果的极差小于额定容量的3%,可提前结束试验,取最后3次试验结果平均值。

1.2 beplayapp 体育下载 模块性能测试

1.2.1 模块室温放电容量测试

a)beplayapp 体育下载 模块(5支单体串联)以1I1充电至电压上限转恒压充电,至充电电流降至0.05I1时停止充电,若充电过程中有单体beplayapp 体育下载 电压超过终止电压0.1V时停止充电,充电后搁置1h;

b)室温下,蓄beplayapp 体育下载 以1I1电流放电,直至任意一个单体电压达到放电终止电压;

c)计量放电容量和放电比能量;

d)重复步骤a)~c)5次,当连续3次试验结果的极差小于额定容量的3%,可提前结束试验,取最后3次试验结果平均值。

1.2.2 模块室温倍率放电性能测试

a)beplayapp 体育下载 模块以1I1充电至电压上限转恒压充电,至充电电流降至0.05I1时停止充电,若充电过程中有单体beplayapp 体育下载 电压超过终止电压0.1V时停止充电,充电后搁置1h;

b)室温下,蓄beplayapp 体育下载 模块以3I1电流放电,直至任意一个单体电压达到放电终止电压;

c)计量放电容量。

二、结果与讨论

商业化磷酸铁beplayapp 和三元beplayapp 体育下载 单体的循环寿命测试结果如图2所示。磷酸铁beplayapp 的首周放电容量为77.80Ah(质量比容量42.98Ah/kg),500周循环后放电容量为72.01Ah(质量比容量39.78Ah/kg),容量保持率为92.56%。三元beplayapp 体育下载 的首周放电容量为77.82Ah(质量比容量58.07Ah/kg),500周循环后放电容量为70.69Ah(质量比容量52.75Ah/kg),容量保持率为90.84%。

图2 商业化磷酸铁beplayapp 和三元beplayapp 体育下载 单体的循环寿命测试结果

由此可见,磷酸铁beplayapp 的循环稳定性高于三元beplayapp 体育下载 ,而三元beplayapp 体育下载 在比容量方面更有优势,而其额定电压也高于磷酸铁锂。因而可以预见,三元beplayapp 体育下载 的能量密度高于磷酸铁beplayapp ,后续的放电容量测试将对此进行具体的验证。

商业化磷酸铁beplayapp 和三元beplayapp 体育下载 单体的放电容量测试所得放电容量曲线如图3所示。磷酸铁beplayapp 3次循环的放电容量分别为78.56、78.73和78.79Ah(比容量分别为43.40、43.50、43.53Ah/kg),根据标准规定,取其平均值78.69Ah(比容量43.48Ah/kg)作为放电容量。三元beplayapp 体育下载 3次循环的放电容量分别为76.98、77.78和77.89Ah(比容量分别为57.38、58.04、58.13Ah/kg),取其平均值77.55Ah(比容量57.87Ah/kg)作为放电容量。

图3 商业化磷酸铁beplayapp 和三元beplayapp 体育下载 单体的放电曲线

图3(a)和图3(b)所示分别为磷酸铁锂和三元beplayapp 体育下载 的3次放电容量曲线,磷酸铁beplayapp 在3.25~3.15V间有平缓的放电电压平台,而三元beplayapp 体育下载 的放电平台4.05~3.35V,电压平台较宽。记录磷酸铁锂的3次放电能量分别为248.90Wh(比能量137.51Wh/kg)、248.15Wh(比能量137.10Wh/kg)、247.31Wh(比能量136.64Wh/kg),平均比能量为137.08Wh/kg;而三元beplayapp 体育下载 的三次放电能量分别为278.78Wh(比能量208.04Wh/kg)、282.36Wh(比能量210.72Wh/kg)、282.88Wh(比能量211.10Wh/kg),平均比能量为209.95Wh/kg。由此可见,由于三元beplayapp 体育下载 的比容量和电压平台均高与磷酸铁beplayapp ,因而商业化三元beplayapp 体育下载 的比能量高于磷酸铁beplayapp 。

对商业化磷酸铁beplayapp 和三元beplayapp 体育下载 模块(均为5支单体串联)的放电容量测试,所得放电容量曲线如图4所示。磷酸铁beplayapp 模块3次循环的放电容量分别为76.91Ah、77.72Ah和77.88Ah,根据标准规定,取其平均值77.47Ah作为放电容量;而三元beplayapp 体育下载 模块3次循环的放电容量分别为80.80Ah、80.97Ah和81.02Ah,取其平均值80.93Ah作为所测放电容量。

图4 商业化磷酸铁beplayapp 和三元beplayapp 体育下载 模块的放电曲线

图4(a)和图4(b)所示分别为磷酸铁锂和三元beplayapp 体育下载 模块的3次放电容量曲线,磷酸铁beplayapp 模块在约16.25~15.50V间有平缓的放电电压平台,而三元beplayapp 体育下载 模块的放电平台范围较宽,约在20.75~17V间,这与单体的放电曲线相对应的。记录磷酸铁锂的3次放电能量分别为1220.53Wh(比能量134.86Wh/kg)、1235.08Wh(比能量136.47Wh/kg)、1236.24Wh(比能量136.60Wh/kg),平均比能量为135.97Wh/kg;而三元beplayapp 体育下载 的三次放电能量分别为1477.82Wh(比能量220.57Wh/kg)、1481.72Wh(比能量221.15Wh/kg)、1482.85Wh(比能量221.32Wh/kg),平均比能量为221.01Wh/kg。beplayapp 体育下载 模块测试的比能量与单体测试结果相近。

商业化磷酸铁beplayapp 和三元beplayapp 体育下载 模块的倍率放电曲线如图5所示,为充满电的beplayapp 体育下载 模块在3C倍率(225A)下放电的曲线。磷酸铁beplayapp 模块的放电容量为76.19Ah,为初始容量(模块放电容量测试结果)的98.3%;三元beplayapp 体育下载 的放电容量为80.14Ah,是初始容量的99.2%,这说明商业化磷酸铁锂和三元beplayapp 体育下载 在3C高倍率下的放电能力与1C倍率(1I1电流)下无显著差别。

图5 商业化磷酸铁beplayapp 和三元beplayapp 体育下载 模块的倍率放电曲线

磷酸铁beplayapp 模块的放电电压平台约为15.75~15V,三元beplayapp 体育下载 模块的放电电压平台约为19.5V~16.5V,对比1C倍率下的放电曲线发现,3C倍率下的放电电压平台有所下降,这是因为在高倍率下极化现象加剧的原因所造成的。

三、结论

商业化动力磷酸铁beplayapp 的循环稳定性优于三元beplayapp 体育下载 ,其耐久性更为优异。商业化三元beplayapp 体育下载 放电电压平台高,比容量高,三元beplayapp 体育下载 单体和模块的能量密度超过200Wh/kg,高于磷酸铁beplayapp (约136Wh/kg),因而可以为beplay娱乐 提供较长的续航里程。磷酸铁beplayapp 和三元beplayapp 体育下载 高倍率下都有较为优异的放电能力。beplay娱乐 生产商基本是根据汽车的指标参数进行beplayapp 体育下载 体系选型;而对于beplay娱乐 买家而言,首先应了解beplay娱乐 所用beplayapp 体育下载 的体系是磷酸铁beplayapp 还是三元beplayapp 体育下载 ,从而根据按自己的实际需求进行车型选择。

参考:张跃强等《商业化磷酸铁锂与三元动力锂离子beplayapp 体育下载 性能对比分析》

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