不同温度下的磷酸铁锂-石墨电池充放电对降解的影响

此方法可以帮助回答有关电池老化的问题。循环不同的充电和放电温度可能会影响降解，因为许多导致降解的过程都与温度有关。该技术的主要优点是测试不同的充电和放电温度，因为传统测试方法使用相同的环境温度进行充电和放电。

该技术的含义延伸到通过测试不同的充电和放电温度来支持未来的标准和法规。这种方法可以深入了解不同温度下的降解机制。较高的温度循环会加速降解并增加 SEI 层的生长，而低温循环会导致镀锂。

在实验之前，使用实验设计方法来确定最佳充电和放电温度对，以最大限度地减少所需的温度组合数量。要开始该过程，请将两个磷酸铁锂-石墨软包电池以 30% 的充电状态放置在刚性聚碳酸酯支架中。将电池单元放在电池循环仪环境室的固定装置中。

将连接到电池循环仪的热电偶放在每个电池单元一侧的中心。通过四线连接将电池连接到电池循环仪。在 Battery Cycler 软件中，将环境室设置为 25 摄氏度。

让细胞平衡 12 小时。接下来，在 Battery Cycler 测试编辑器中创建一个新文件，用于两步、恒流、恒压电池调节。填写通道安全标准，以便在电池条件超过指定限制时停止循环。

增加一个恒定电流放电步骤，C 速率为 0.1 至 2.7 伏。然后休息 30 分钟。然后，以恒流恒压电流以 0.1 C 倍率充电至 3.7 伏特，恒压阶段持续一小时或直到 C 倍率降至 0.01C。

还有 30 分钟的休息时间。完成后保存调节协议。为参考循环创建新协议。

将腔室温度设置为 25 摄氏度，并增加等待时间，直到温度变化小于每小时 1 开尔文。添加两个恒流充电/放电循环，充电和放电阈值分别为 3.7 伏和 2.7 伏，C 倍率为 0.3。每个周期后都有一个等待期，以使温度稳定下来。

完成后保存参考循环协议。打开 conditioning 方法并将 reference cycling 作为子例程添加到 conditioning 中。然后，打开主 Battery Cycler 软件。

单击带有要测试的单元格的两个通道以选择通道，然后单击 Run 按钮。选择调节过程，提供文件名，输入容量（以安培小时为单位），然后选择环境试验箱。运行该过程以确定初始容量。

为具有相同充电和放电温度的长期循环创建一个新方案。首先将腔室设置为目标温度，并让电解池温度达到平衡。将方法设置为以 1 的 C 速率执行恒流、恒压充电至 3.7 伏特，恒压相位持续一小时或直到 C 速率降至 0.1。

将细胞静置 30 分钟。然后，以相同的 C 倍率对 2.7 伏特进行恒流放电，并将电池再静置 30 分钟。重复充电/放电循环 100 次。

在每 25 个 cycles 之后添加 reference cycling 作为 sub-routine。使用相同的 C 速率和电压阈值，为具有不同充电和放电温度的长期循环创建另一个协议。在每个循环步骤之后设置静止阶段，等待电池温度稳定。

重复充电/放电循环 100 次，每 25 个循环一次。完成后保存方法。基于这些协议，为通过实验方法设计确定的温度组合创建长期循环协议。

然后，返回主电池循环仪程序。选择要测试的细胞的通道。选择所需的长期循环程序。

填写数据的文件名。选择环境试验箱并开始长期循环。在新鲜细胞上重复测试一次以评估可重复性。

电化学循环测试完成后，在电池循环软件中打开数据可视化模板。然后打开保存的循环数据并评估细胞随时间的降解。接下来，在分析软件中打开数据，然后选择具有最大 K 折叠 R 平方函数的逐步拟合。

拟合数据，评估子集，并选择最佳总体 R 平方值以避免过度拟合。然后，单击 Make Model 以可视化拟合的数据。评估"效应摘要"中列出的参数，并删除任何显示为不显著的参数。

查看最终的降解率可视化效果，并根据需要调整外观设置。对所有测试的细胞重复此过程。接下来，将细胞转移到惰性、充满气体的手套箱中。

拆卸细胞并用陶瓷剪刀切开小袋。切割 5 毫米 x 5 毫米的阳极和阴极。将电极片安装在固定在样品架中的扫描电子显微镜样品存根上。

将样品架插入密封容器中，然后通过前室将其从手套箱中取出。通过充满正压惰性气体的手套袋将样品架从手套箱转移到 SEM 样品室。表征每个样品表面上的至少五个不同位置，以识别潜在的表面不均匀性。

当在 20 摄氏度的充电和放电温度下循环时，在每个 25 个循环块内观察到容量急剧衰减，随后在 25 摄氏度的参考循环期间出现显着恢复。在 12 摄氏度或 30 摄氏度下骑行比在 5 摄氏度或 5 摄氏度下骑行产生的容量衰减明显更大。当在给定的充电温度下循环时，在较低的放电温度下观察到更高的长期稳定性。

同样，当在给定的放电温度下循环时，通常在较低的充电温度下观察到更高的长期稳定性。在 20 摄氏度的放电温度和 0 摄氏度或 15 摄氏度的充电温度下循环的电池在参考循环后显示出适度的容量恢复，与在 20 摄氏度的充电温度下观察到的相比，长期循环中的容量下降要严重。从数据中得出一个模型来描述充电和放电温度与降解速率之间的关系，从而可以根据潜在的应用确定最佳温度。

当我们讨论温度变化如何影响电池的耐用性时，我们第一次想到了这种方法。我们分析了测试标准，发现测试大多是在相同的环境温度下进行的。然而，由于季节变化、昼夜变化以及周围设备的工作温度，电池面临着持续变化的温度。

在给定的温度范围内，可能存在非常多的充电和放电温度排列。因此，我们使用最优实验设计来最大限度地减少获得最大信息增益所需的测试次数。这项技术为开发适合目的的更好的降解技术标准铺平了道路，其条件与现实生活的使用条件相当。

观看此视频后，您应该对如何设计、测试和分析电池循环数据以及将这些数据与其他测试结果和实际使用情况进行比较有很好的了解。