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聚焦:钛酸锂储能系统的应用与攻关

导读: 钛酸锂电池功率可以做高,但为了追求高功率,就需要将材料纳米化,纳米化后生产加工等工序的工艺控制要求都很苛刻,从而成本提高。在储能方面,能否考虑降低钛酸锂电池高功率的要求,只保留长寿命的特点,以此换来成本的降低。

钛酸锂电池快速评价实验技术研究主要有两种方法:基于加速老化实验的快速评价技术研究和基于寿命预测模型的快速评价技术研究。

1、基于加速老化实验的快速评价技术研究

加速老化评价的关键技术在于:对加速老化的动力学条件选择和边界条件进行确认,通过建立不同动力学条件下衰减特性之间的等效关系进行快速评价。

在实验中,通过对电池在常规实验和加速老化实验条件下的定期表征,找寻不同条件下电池特性一致的等效点,建立等效点之间的函数关系(y2=f(y1)),从而以加速实验条件的数据对常规1C、23℃实验条件下的数据进行预测和估算。

通过在不同倍率、不同温度下进行等效实验的快速评价方法所用的时间进行对比可以看出,等效实验最多可以节省一半的时间,但这时间也比较长。用加速的方法进行快速评价还是不太理想。于是我们考虑用寿命预测模型的方法进行快速评价。

2、基于寿命预测模型的快速评价技术研究

寿命预测模型有三种方法:

(1)直线外推法:使用较为普遍,方法简单但不考虑电池的电化学非线性衰退特点。

该方法以1000次循环实测数据,针对3000次循环以内的容量预测较为准确,由于未考虑循环过程中电化学极化等因素造成的非线性衰退等因素,长期循环预测的准确度较差,呈明显的离散趋势。

(2)全寿命周期拟合法:需要全寿命周期实测数据进行拟合,往往仅针对一款电池有效。

该方法以1000次循环实测数据,在前3000次循环拟合较为准确,之后的偏差率较大,主要原因是不同电池之间差异性造成性能衰退趋势不同。

(3)电化学模型拟合法:考虑电化学极化等因素,辅以实测数据修订。

该方法以1000次循环实测数据,在5000次循环周期内,预测偏差率较小,这种方法是可取的。

总体来说,基于实验等效的快速评价方法周期相对较长,如以5000次作为循环寿命预测目标,最多只能缩短原先时间的50%左右。电化学模型拟合法由于仅需1000次循环实测数据作为模型基准数据或修正数据,因此如以5000次作为循环寿命预测目标,能缩短原先的时间的80%。

未来,需要探索更加细致的加速老化边界条件,同时将快速评价方法拓展到不同厂家的钛酸锂电池,或其他类型的储能电池。钛酸锂电池寿命受日历时间影响较大,接下来需要寻找日历时间与加速老化的关系。对现有的电化学模型进行优化,与未来更细化的边界条件结合,提高锂离子储能电池快速评价精度,进一步完善检测方法和规范,对标准进行修编。

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