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全电池正负极容量匹配( 三 )

生活经验电池


不同N/P 比对电池循环性能的影响
对3三种不同N/P 比（0.87/0.99/1.02）NCM/LTO体系电池进行3C充电，3C放电循环测试，电压范围2.8～1.5 V，三种N/P 比条件下循环容量保持率如图5(a)所示 。从图中可以看出，N/P 比为0.87的电池循环性能最优，循环1600次容量保持率97% 。而当N/P 比升高到0.96 和1.02 时，循环容量保持率明显变差 。循环过程中内阻变化率如图5 (b)所示，N/P 比为0.87 的循环内阻增加率最小，循环1800 次内阻增加7.6% 。当N/P 比增加到1.02 时，1800 次循环内阻急剧增加到34% 。可见电池N/P 比设计对循环性能具有较大影响，低N/P 比更有利于电池循环性能 。

全电池正负极容量匹配

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全电池正负极容量匹配

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图5 不同N/P 比循环容量保持率（a）和循环内阻增长率（b）对比
不同N/P 比三电极测试
对不同N/P 比电池进行了三电极测试，测试条件为：3C恒流充电到2.8V，0.1C 截止，休眠30 min，3C放电到1.5 V 。测试结果如图6 所示 。
全电池正负极容量匹配

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图6 两种N/P 比电池正负极电位监控
N/P 比为0.87 的电池正极电极电位从恒压充电初始段的4.325 V 降低到恒压末段的4.295 V，在随后30 min 休眠中继续降低到4.215 V 。N/P 比为1.00的正极电位在恒压充电段基本保持4.335 V 不变，在30min休眠过程中降低到4.321 V 。N/P 比为0.87的负极电位从1.56 V 降低到1.50V，N/P比为1.00的负极电极电位基本保持恒定不变，仅从1.56 V 降低到1.54 V 。N/P比为0.87电池电压在30 min 休眠过程中从2.8V 降低到2.69 V，N/P 比为1.00电池电压基本保持不变，仅从2.8V降低到2.77 V 。可见，N/P 低的正极电位在恒压充电段和之后的休眠过程中压降较大，N/P 为0.87 的正极电位明显低于N/P 为1.0的正极电位 。
从三电极测试中可以看到，对于LTO 负极，电压平台在1.55V附近，绝大部分电解液溶剂在钛酸锂负极侧具有稳定的电化学性能，而正极侧电位较高，电解液易在正极侧发生氧化反应，特别是在接近满充电状态时 。因此，对于N/P比小于1（LTO限容）的电池体系，当电池满充时，负极电位会从1.56V降低到1.50V，正极电位随之从在恒压充电段从4.325V 降低到4.295V，在随后30min休眠去极化过程中继续降低到4.215 V；对于N/P比大于1（正极限容）的电池体系，LTO相对正极过量，LTO在充电过程中电位保持1.55V左右基本不变，仅从1.56V降低到1.54V，而正极电位在恒压充电过程中基本保持在4.335V不变，高于低N/P 比电池正极电位的4.295 V，较高的正极电压态使得电解液与正极之间更容易发生氧化等副反应，从而导致循环性能和高温存储性能变差 。
对于钛酸锂负极锂离子电池，提高N/P比有利于电池正极克容量发挥，有利于提高电池初始放电容量；但提高N/P 比会使得正极电极电位提高，电解液易在正极侧发生氧化反应，特别是在接近满充电状态时，而低的N/P 比可以保证正极具有低的电极电位，从而降低电池在高温存储和循环时的内部副反应，有利于改善电池高温存储性能和循环性能 。在对能量密度要求不高时，为了保证长寿命循环和良好的高温性能，可以适当降低N/P 比到0.85～0.9 之间 。
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