Pin lithium ion được sử dụng rộng rãi vì năng lượng riêng cao, điện áp làm việc cao, tỷ lệ tự xả thấp và tuổi thọ dài. Cho dù được sử dụng làm nguồn điện cho các sản phẩm điện tử hay làm nguồn điện lưu trữ năng lượng cho vệ tinh, tất cả đều gặp phải vấn đề về lưu trữ pin trong quá trình sử dụng thực tế. Do tự xả trong quá trình lưu trữ, pin lithium-ion sẽ làm giảm hiệu suất của pin.

Hiệu suất lưu trữ của pin liên quan đến các yếu tố như trạng thái sạc (SOC), thời gian lưu trữ và nhiệt độ lưu trữ. Theo các báo cáo tài liệu, việc lưu trữ pin ở điện áp mạch hở 3,8-3,9V có hiệu suất tổng thể tuyệt vời, nhưng nhiệt độ lưu trữ được nghiên cứu là nhiệt độ phòng và thời gian lưu trữ chỉ là 3 tháng. Bài viết này nghiên cứu hiệu suất của pin lithium-ion được lưu trữ ở hai trạng thái sạc và nhiệt độ lưu trữ khác nhau, cung cấp tài liệu tham khảo lý thuyết về các điều kiện lưu trữ của pin lithium-ion.

1 Thử nghiệm

Xả pin thử nghiệm xuống 2,75V, sau đó sạc pin đến các trạng thái sạc khác nhau (50% và 80%) và bảo quản ở các nhiệt độ khác nhau. Pin được bảo dưỡng 6 tháng một lần trong quá trình bảo quản. Năm pin mẫu được sử dụng cho các thí nghiệm song song trong mỗi điều kiện thử nghiệm và kết quả được tính trung bình. Sử dụng buồng thử nghiệm pin và các thiết bị khác để kiểm tra dung lượng có thể phục hồi, tỷ lệ tự xả và hiệu suất chu kỳ của pin.

2 Kết quả thử nghiệm

Bảo quản pin có mức sạc 50% và 80% ở nhiệt độ khác nhau trong 18 tháng.

2.1 Khả năng phục hồi

Qua thử nghiệm, có thể thấy rằng cả 50% SOC và 80% SOC của pin đều giảm dung lượng có thể phục hồi khi kéo dài thời gian lưu trữ; Và ở cùng nhiệt độ, chênh lệch giữa dung lượng có thể phục hồi của pin thời kỳ lưu trữ thứ hai và dung lượng có thể phục hồi của pin thời kỳ lưu trữ thứ nhất phải nhỏ hơn chênh lệch giữa dung lượng có thể phục hồi của pin thời kỳ lưu trữ thứ nhất và dung lượng của pin trước khi lưu trữ; Chênh lệch giữa dung lượng có thể phục hồi của pin thời kỳ lưu trữ thứ ba và dung lượng có thể phục hồi của pin thời kỳ lưu trữ thứ hai phải nhỏ hơn chênh lệch giữa dung lượng có thể phục hồi của pin thời kỳ lưu trữ thứ hai và dung lượng có thể phục hồi của pin thời kỳ lưu trữ thứ nhất.

Điều này cho thấy rằng tổn thất dung lượng không thể phục hồi của pin tương đối lớn ở giai đoạn đầu và giảm dần ở giai đoạn sau. Pin được lưu trữ ở 10, 0 và -10 ℃, với pin SOC 50% có dung lượng có thể phục hồi trên 98% và pin SOC 80% có dung lượng có thể phục hồi trên 97%; Trong cùng một trạng thái sạc, khi được lưu trữ ở 0 và -10 ℃, dung lượng có thể phục hồi của pin về cơ bản là như nhau, cao hơn một chút so với lưu trữ ở 10 ℃. Dựa trên phân tích trên, có thể kết luận rằng khi pin được lưu trữ ở 0 và -10 ℃, pin SOC 50% có dung lượng có thể phục hồi cao hơn, cả hai đều trên 98%.

2.2 Tỷ lệ tự xả của pin

Khả năng tự xả của pin giảm đáng kể ở giai đoạn đầu và giảm ở giai đoạn sau khi thời gian lưu trữ kéo dài. Từ Hình 3 và Hình 4, có thể thấy rằng tỷ lệ tự xả của pin cao ở giai đoạn đầu, nhưng giảm và có xu hướng ổn định ở giai đoạn sau. Bất kể trạng thái sạc của pin, tỷ lệ tự xả của pin đều dưới 8% và khi thời gian lưu trữ tăng lên, tỷ lệ tự xả của pin gần như giảm xuống dưới 2%, cho thấy tỷ lệ tự xả của pin giảm đáng kể sau 12 tháng lưu trữ.

Trong cùng trạng thái sạc, tốc độ tự xả của pin được lưu trữ ở 0 và -10 ℃ thấp hơn tốc độ lưu trữ ở 10 ℃. Điều này là do tốc độ phản ứng phụ của pin sẽ tăng lên khi nhiệt độ tăng và tốc độ tự xả cũng sẽ tăng theo nhiệt độ tăng. Nhiệt độ môi trường thấp sẽ ức chế phản ứng phụ của pin, do đó làm giảm tốc độ tự xả. Do đó, nhiệt độ thấp hơn trong quá trình lưu trữ pin có lợi hơn cho việc lưu trữ pin.

Qua so sánh dữ liệu, thấy rằng ở cùng nhiệt độ, tỷ lệ tự xả của pin SOC 50% thấp hơn pin SOC 80%, cho thấy pin SOC 50% có khả năng duy trì hiệu suất pin cao hơn. Tóm lại, có thể thấy rằng pin SOC 50% có lợi hơn cho việc duy trì hiệu suất pin trong điều kiện bảo quản 0 và -10 ℃.

2.3 Hiệu suất chu kỳ pin sau khi lưu trữ

Kiểm tra hiệu suất chu kỳ được tiến hành trên pin được lưu trữ trong 18 tháng. Hệ thống sạc và xả chu kỳ pin như sau: Sạc dòng điện không đổi 0,5C đến 4,1V, sạc điện áp không đổi đến dòng điện giảm xuống 0,01C và sau khi đứng yên, xả 0,5C đến 2,75V.

Xu hướng suy giảm dung lượng của pin không được lưu trữ về cơ bản giống với pin được lưu trữ. Sau 400 chu kỳ, tỷ lệ duy trì dung lượng của pin mới, pin SOC 50% và pin SOC 80% lần lượt là 90,1%, 89,0% và 86,3%. Có thể thấy rằng dung lượng của pin được lưu trữ đã giảm so với pin không được lưu trữ và tỷ lệ duy trì dung lượng của pin SOC 50% cao hơn pin SOC 80%.

3 Kết luận

Bằng cách thử nghiệm dung lượng có thể phục hồi và tốc độ tự xả của pin lithium-ion trong các trạng thái sạc và nhiệt độ lưu trữ khác nhau, người ta thấy rằng nhiệt độ lưu trữ và trạng thái sạc là những yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến hiệu suất của pin. Nhiệt độ môi trường lưu trữ càng cao, trạng thái sạc càng cao, dung lượng có thể phục hồi của pin càng nhỏ và tốc độ tự xả của pin càng cao; Sự suy giảm dung lượng của pin trong quá trình lưu trữ chủ yếu xảy ra trong 6 tháng đầu tiên và sau đó, sự suy giảm dung lượng theo thời gian lưu trữ là tối thiểu. Pin được lưu trữ ở 50% SOC và được lưu trữ ở 0 và -10 ℃, duy trì hiệu suất tốt. Do đó, khi pin lithium-ion yêu cầu lưu trữ lâu dài, chúng nên được lưu trữ ở trạng thái bán sạc và ở nhiệt độ thấp.