Какви са изискванията за висококачествени литиево-йонни батерии? Най-общо казано, дълъг живот, висока енергийна плътност и надеждни показатели за безопасност са предпоставките за измерване на висококачествена литиево-йонна батерия. В момента литиево-йонните батерии се използват във всички аспекти на ежедневието, но производителят или марката са различни. Има някои разлики в експлоатационния живот и безопасността на литиево-йонните батерии, които са тясно свързани със стандартите на производствения процес и производствените материали; следните условия трябва да са условия за висококачествен литиево-йонен;

1. Дълъг експлоатационен живот

Животът на вторичната батерия включва два индикатора: живот на цикъла и живот на календара. Животът на цикъла означава, че след като батерията е изпитала броя цикли, обещан от производителя, оставащият капацитет все още е по-голям или равен на 80%. Календарният живот означава, че оставащият капацитет не трябва да бъде по -малък от 80% в рамките на обещания от производителя период, независимо дали се използва или не.

Животът е един от ключовите показатели за мощността на литиеви батерии. От една страна, голямото действие по смяна на батерията е наистина обезпокоително и потребителското изживяване не е добро; от друга страна, по същество животът е въпрос на разходи.

Животът на литиево-йонната батерия означава, че капацитетът на батерията намалява до номиналния капацитет (при стайна температура 25 ° C, стандартно атмосферно налягане и 70% от капацитета на батерията, разредена при 0.2 ° C) след период на употреба , а животът може да се счита за край на живота. В индустрията животът на цикъла обикновено се изчислява от броя на циклите на напълно заредени и разредени литиево-йонни батерии. В процеса на употреба вътре в литиево-йонната батерия възниква необратима електрохимична реакция, която води до намаляване на капацитета, като разлагане на електролита, дезактивиране на активните материали и срутване на положителните и отрицателните електродни структури водят до намаляване на броя на интеркалация и деинтеркалация на литиеви йони. Изчакайте. Експериментите показват, че по -високият разряд ще доведе до по -бързо намаляване на капацитета. Ако токът на разреждане е нисък, напрежението на батерията ще бъде близко до равновесното напрежение, което може да освободи повече енергия.

Теоретичният живот на тройна литиево-йонна батерия е около 800 цикъла, което е средно сред търговските акумулаторни литиево-йонни батерии. Литиевият железен фосфат е около 2,000 цикъла, докато се казва, че литиевият титанат може да достигне 10,000 500 цикъла. Понастоящем масовите производители на батерии обещават повече от 400 пъти (зареждане и разреждане при стандартни условия) в спецификациите на своите троични батерии. Въпреки това, след като батериите са сглобени в батерия, поради проблеми с консистенцията, най -важните фактори са напрежението и вътрешната устойчивост. Препоръчителният прозорец за използване на SOC е 10%~ 90%. Не се препоръчва дълбоко зареждане и разреждане, в противен случай това ще доведе до необратими щети на положителната и отрицателната структура на батерията. Ако се изчисли чрез плитък заряд и плитък разряд, животът на цикъла ще бъде поне 1000 пъти. Освен това, ако литиево-йонните батерии се разреждат често в среда с висока скорост и висока температура, животът на батерията ще бъде драстично намален до по-малко от 200 пъти.

2. По-малко поддръжка, по-ниски разходи за използване

Самата батерия има ниска цена за киловатчас, което е най-интуитивната цена. В допълнение към гореспоменатото, за потребителите дали цената е наистина ниска зависи от „цената на електричеството през целия жизнен цикъл“.

„Цена на електричеството за пълен жизнен цикъл“, общата мощност на захранващата литиева батерия се умножава по броя на циклите, за да се получи общото количество мощност, което може да се използва в пълния жизнен цикъл на батерията, и общата цена на батерията батерията се разделя на тази сума, за да получите цената за киловат електроенергия в пълния жизнен цикъл.

Цената на батерията, за която обикновено говорим, например 1,500 юана/kWh, се основава само на общата енергия на новата клетка на батерията. Всъщност цената на електроенергията на единица живот е пряката полза за крайния потребител. Най -интуитивният резултат е, че ако закупите две батерии със същата мощност на същата цена, едната ще достигне края на живота след 50 пъти зареждане и разреждане, а другата може да се използва повторно след 100 пъти зареждане и разреждане. Тези две батерии могат да се видят с един поглед, което е по -евтино.

Направо казано, той е дълъг живот, издръжлив и намалява разходите.

В допълнение към горните два разходи, трябва да се вземат предвид и разходите за поддръжка на батерията. Просто помислете за първоначалните разходи, изберете проблемната клетка, по -късните разходи за поддръжка и разходите за труд са твърде високи. По отношение на поддръжката на самата батерийна клетка е важно да се обърнете към ръчното балансиране. Вградената функция за изравняване на BMS е ограничена от размера на собствения проектен изравнителен ток и може да не успее да постигне идеалния баланс между клетките. С натрупването на времето ще възникне проблемът с прекомерната разлика в налягането в батерията. В такива ситуации трябва да се извърши ръчно изравняване и клетките на акумулатора с твърде ниско напрежение се зареждат отделно. Колкото по -ниска е честотата на тази ситуация, толкова по -ниски са разходите за поддръжка.

3. Висока енергийна плътност/висока плътност на мощността

Енергийната плътност се отнася до енергията, съдържаща се в единица тегло или единица обем; електрическата енергия, освободена от средния единичен обем или маса на батерията. По принцип в същия обем енергийната плътност на литиево-йонните батерии е 2.5 пъти по-голяма от тази на никел-кадмиевите батерии и 1.8 пъти тази на никел-водородните батерии. Следователно, когато капацитетът на батерията е равен, литиево-йонните батерии ще бъдат по-добри от никел-кадмиевите и никел-водородните батерии. По -малък размер и по -леко тегло.

Плътност на енергията на батерията = капацитет на батерията × платформа за разреждане / дебелина на батерията / ширина на батерията / дължина на батерията.

Плътността на мощността се отнася до стойността на максималната мощност на разряд на единица тегло или обем. В ограниченото пространство на пътни превозни средства, само чрез увеличаване на плътността може ефективно да се подобри общата енергия и общата мощност. В допълнение, сегашните държавни субсидии използват плътността на енергията и плътността на мощността като праг за измерване на нивото на субсидиите, което допълнително засилва значението на плътността.

Съществува обаче известно противоречие между енергийната плътност и безопасността. С увеличаването на енергийната плътност безопасността винаги ще се сблъсква с нови и по -трудни предизвикателства.

4. Високо напрежение

Тъй като графитните електроди се използват основно като анодни материали, напрежението на литиево-йонните батерии се определя главно от характеристиките на материала на катодните материали. Горната граница на напрежението на литиево-железен фосфат е 3.6 V, а максималното напрежение на тройните литиеви и литиево-манганатни батерии е около 4.2 V (следващата част ще обясни защо максималното напрежение на литиево-йонната батерия не може да надвишава 4.2 V ). Разработването на високоволтови батерии е технически път за литиево-йонни батерии за увеличаване на енергийната плътност. За да се увеличи изходното напрежение на клетката, са необходими материал с положителен електрод с висок потенциал, материал с отрицателен електрод с нисък потенциал и електролит със стабилно високо напрежение.

5. Висока енергийна ефективност

Кулоновата ефективност, наричана още ефективност на зареждане, се отнася до съотношението на капацитета на разреждане на батерията към капацитета на зареждане по време на същия цикъл. Тоест процентът на специфичен капацитет на разреждане за зареждане на специфичен капацитет.

За материала на положителния електрод това е капацитетът за вмъкване на литий/капацитетът на делития, тоест капацитетът на разреждане/капацитетът на заряд; за материала на отрицателния електрод, това е капацитетът за отстраняване на литий/капацитет на вкарване на литий, тоест разрядният капацитет/капацитетът на зареждане.

По време на процеса на зареждане електрическата енергия се превръща в химическа енергия, а по време на процеса на разреждане химическата енергия се превръща в електрическа енергия. Има определена ефективност при въвеждането и изхода на електрическа енергия по време на двата процеса на преобразуване и тази ефективност директно отразява работата на батерията.

От гледна точка на професионалната физика, ефективността на Кулон и енергийната ефективност са различни. Едното е съотношението на електричество, а другото е съотношението на работа.

Енергийната ефективност на акумулаторната батерия и кулоновската ефективност, но от математическия израз има връзка между напрежението. Средното напрежение на зареждане и разреждане не е равно, средното напрежение на разреждане обикновено е по-малко от средното напрежение на заряд

Производителността на батерията може да се прецени по енергийната ефективност на батерията. От запазването на енергията загубената електрическа енергия се превръща главно в топлинна енергия. Следователно енергийната ефективност може да анализира топлината, генерирана от батерията по време на работния процес, а след това може да се анализира връзката между вътрешното съпротивление и топлината. И е известно, че енергийната ефективност може да предвиди оставащата енергия на батерията и да управлява рационалното използване на батерията.

Тъй като входящата мощност често не се използва за преобразуване на активния материал в заредено състояние, но част от него се изразходва (например възникват необратими странични реакции), така че кулоновската ефективност често е по-малка от 100%. Но що се отнася до сегашните литиево-йонни батерии, ефективността на Coulomb може основно да достигне 99.9% и повече.

Въздействащи фактори: разлагане на електролита, пасивиране на интерфейса, промени в структурата, морфологията и проводимостта на активните материали на електрода ще намалят ефективността на Кулон.

В допълнение, заслужава да се спомене, че разпадането на батерията има малък ефект върху ефективността на Coulomb и няма много общо с температурата.

Плътността на тока отразява размера на преминаващия ток на единица площ. С увеличаването на плътността на тока, токът, преминаващ през стека, се увеличава, ефективността на напрежението намалява поради вътрешното съпротивление, а ефективността на Кулон намалява поради поляризацията на концентрацията и други причини. В крайна сметка доведе до намаляване на енергийната ефективност.

6. Добро представяне при висока температура

Литиево-йонните батерии имат добри високотемпературни характеристики, което означава, че ядрото на батерията е в среда с по-висока температура, а положителните и отрицателните материали на батерията, сепараторите и електролита също могат да поддържат добра стабилност, могат да работят нормално при високи температури и животът няма да се ускори. Високата температура не е лесно да причини термични аварии.

Температурата на литиево-йонната батерия показва топлинното състояние на батерията, а същността й е резултат от генерирането на топлина и топлопредаването на литиево-йонната батерия. Изучаването на топлинните характеристики на литиево-йонните батерии и техните характеристики на генериране на топлина и топлопреминаване при различни условия може да ни накара да осъзнаем важния начин на екзотермични химични реакции в литиево-йонните батерии.

Небезопасното поведение на литиево-йонните батерии, включително презареждане и преразреждане на батерията, бързо зареждане и разреждане, късо съединение, условия на механична злоупотреба и високотемпературен термичен шок, може лесно да предизвика опасни странични реакции вътре в батерията и генерира топлина, директно унищожавайки отрицателните и положителни електроди Пасивиращ филм на повърхността.

Когато температурата на клетката се повиши до 130 ° C, филмът SEI на повърхността на отрицателния електрод се разлага, причинявайки високоактивния литиево-въглероден отрицателен електрод да бъде изложен на електролита, за да претърпи силна реакция на окисление-редукция, и топлината, която възниква, кара батерията да влезе във високорисково състояние.

Когато вътрешната температура на батерията се повиши над 200°C, пасивиращият филм върху повърхността на положителния електрод разлага положителния електрод за генериране на кислород и продължава да реагира бурно с електролита, за да генерира голямо количество топлина и образува високо вътрешно налягане . Когато температурата на батерията достигне над 240°C, тя е придружена от бурна екзотермична реакция между литиевия въглероден отрицателен електрод и свързващото вещество.

Температурният проблем на литиево-йонните батерии оказва голямо влияние върху безопасността на литиево-йонните батерии. Самата среда на използване има определена температура и температурата на литиево-йонната батерия също ще се появи, когато се използва. Важното е, че температурата ще окаже по-голямо влияние върху химическата реакция вътре в литиево-йонната батерия. Твърде високата температура може дори да повреди експлоатационния живот на литиево-йонната батерия, а в тежки случаи ще причини проблеми с безопасността на литиево-йонната батерия.

7. Добро представяне при ниски температури

Литиево-йонните батерии имат добри нискотемпературни характеристики, което означава, че при ниски температури литиевите йони и електродните материали в батерията все още поддържат висока активност, висок остатъчен капацитет, намалено разграждане на капацитета на разреждане и голяма допустима скорост на зареждане.

С понижаване на температурата оставащият капацитет на литиево-йонната батерия се разпада в ускорена ситуация. Колкото по -ниска е температурата, толкова по -бързо се намалява капацитетът. Принудителното зареждане при ниски температури е изключително вредно и е много лесно да се предизвикат термични аварии. При ниски температури активността на литиевите йони и активните материали на електрода намалява и скоростта, с която литиевите йони се вкарват в материала на отрицателния електрод, е силно намалена. Когато външното захранване се зарежда с мощност, надвишаваща допустимата мощност на батерията, голямо количество литиеви йони се натрупват около отрицателния електрод и литиевите йони, вградени в електрода, са твърде късно, за да получат електрони и след това директно се отлагат върху повърхността на електрода за образуване на кристали от литиев елемент. Дендритът расте, прониква директно в диафрагмата и пробива положителния електрод. Причинява късо съединение между положителния и отрицателния електрод, което от своя страна води до термично избягване.

В допълнение към сериозното влошаване на разрядния капацитет, литиево-йонните батерии не могат да се зареждат при ниски температури. По време на нискотемпературно зареждане интеркалацията на литиеви йони върху графитния електрод на батерията и реакцията на литиево покритие съществуват и се конкурират помежду си. При условия на ниска температура дифузията на литиеви йони в графит се инхибира, а проводимостта на електролита намалява, което води до намаляване на скоростта на интеркалация и прави литиевата покривна реакция по -вероятно да се появи на повърхността на графита. Основните причини за намаляване на живота на литиево-йонните батерии при използване при ниски температури са увеличаването на вътрешния импеданс и влошаването на капацитета поради утаяването на литиеви йони.

8. Добра сигурност

Безопасността на литиево-йонните батерии включва не само стабилността на вътрешните материали, но и ефективността на спомагателните мерки за безопасност на батериите. Безопасността на вътрешните материали се отнася до положителните и отрицателните материали, диафрагмата и електролита, които имат добра термична стабилност, добра съвместимост между електролита и материала на електрода и добра огнеустойчивост на самия електролит. Спомагателните мерки за безопасност се отнасят до конструкцията на предпазния вентил на клетката, конструкцията на предпазителя, чувствителната към температурата конструкция на съпротивлението и чувствителността е подходяща. След като една клетка се повреди, тя може да предотврати разпространението на повредата и да служи за изолиране.

9. Добра консистенция

Чрез „ефекта на цевта“ ние разбираме значението на последователността на батерията. Консистенцията се отнася до акумулаторните клетки, използвани в един и същ батериен пакет, капацитетът, напрежението на отворена верига, вътрешното съпротивление, саморазряда и други параметри са изключително малки, а производителността е подобна. Ако консистенцията на акумулаторната клетка с нейните отлични показатели не е добра, нейното превъзходство често се изглажда след формирането на групата. Проучванията показват, че капацитетът на батерията след групиране се определя от клетката с най -малък капацитет, а животът на батерията е по -малък от живота на най -късата клетка.