Hvad er kravene til lithium-ion-batterier af høj kvalitet? Generelt er lang levetid, høj energitæthed og pålidelig sikkerhedsydelse forudsætningerne for måling af et lithium-ion-batteri af høj kvalitet. Lithium-ion-batterier bruges i øjeblikket i alle aspekter af dagligdagen, men producenten eller mærket er anderledes. Der er nogle forskelle i levetiden og sikkerhedsydelsen for lithium-ion-batterier, som er tæt forbundet med produktionsprocesstandarderne og produktionsmaterialerne; følgende betingelser skal være betingelserne for lithium-ion af høj kvalitet;

1. Lang levetid

Levetiden for det sekundære batteri indeholder to indikatorer: cyklussens levetid og kalenderliv. Cykluslevetid betyder, at efter at batteriet har oplevet det antal cyklusser, som producenten har lovet, er den resterende kapacitet stadig større end eller lig med 80 %. Kalenderlevetiden betyder, at den resterende kapacitet ikke skal være mindre end 80 % inden for den af ​​producenten lovede tidsperiode, uanset om den bruges eller ej.

Levetid er en af ​​nøgleindikatorerne for power lithium-batterier. På den ene side er den store handling med at udskifte batteriet virkelig besværlig, og brugeroplevelsen er ikke god; på den anden side grundlæggende er livet et omkostningsspørgsmål.

Et lithium-ion batteris levetid betyder, at batteriets kapacitet falder til den nominelle kapacitet (ved stuetemperatur på 25°C, standard atmosfærisk tryk og 70% af batterikapaciteten afladet ved 0.2C) efter en tids brug , og livet kan betragtes som livets afslutning. I industrien beregnes cykluslevetiden generelt ud fra antallet af cyklusser af fuldt opladede og afladede lithium-ion-batterier. I brugsprocessen opstår en irreversibel elektrokemisk reaktion inde i lithium-ion-batteriet, hvilket fører til et fald i kapaciteten, såsom nedbrydning af elektrolytten, deaktivering af aktive materialer og kollaps af de positive og negative elektrodestrukturer føre til et fald i antallet af lithium ioner interkalation og deintercalation. Vente. Eksperimenter viser, at en højere udledningshastighed vil føre til en hurtigere dæmpning af kapaciteten. Hvis afladningsstrømmen er lav, vil batterispændingen være tæt på ligevægtsspændingen, hvilket kan frigive mere energi.

Den teoretiske levetid for et ternært lithium-ion-batteri er omkring 800 cyklusser, hvilket er medium blandt kommercielle genopladelige lithium-ion-batterier. Lithiumjernfosfat er omkring 2,000 cyklusser, mens lithiumtitanat siges at kunne nå 10,000 cyklusser. På nuværende tidspunkt lover mainstream batteriproducenter mere end 500 gange (opladning og afladning under standardforhold) i specifikationerne for deres ternære battericeller. Men efter at batterierne er samlet i en batteripakke, på grund af konsistensproblemer, er de vigtigste faktorer spænding og intern. Modstanden kan ikke være nøjagtig den samme, og dens cykluslevetid er omkring 400 gange. Det anbefalede SOC-brugsvindue er 10%~90%. Dyb op- og afladning anbefales ikke, ellers vil det forårsage irreversibel skade på batteriets positive og negative struktur. Hvis den beregnes ved lav ladning og lav afladning, vil cykluslevetiden være mindst 1000 gange. Desuden, hvis lithium-ion-batterier ofte aflades i højhastigheds- og højtemperaturmiljøer, vil batterilevetiden blive drastisk reduceret til mindre end 200 gange.

2. Mindre vedligeholdelse, lavere brugsomkostninger

Selve batteriet har en lav kilowatt-time, hvilket er den mest intuitive pris. Ud over det førnævnte afhænger for brugerne, om omkostningerne er virkelig lave, af “hele livscyklusomkostningerne for elektricitet.”

“Fuld livscyklusomkostninger for elektricitet”, den samlede effekt af lithiumbatteriet ganges med antallet af cyklusser for at få den samlede mængde strøm, der kan bruges i hele batteriets livscyklus, og den samlede pris for batteriet batteripakken divideres med denne sum for at få prisen pr. kilowatt elektricitet i hele livscyklussen.

Batteriprisen, vi normalt taler om, såsom 1,500 yuan/kWh, er kun baseret på den samlede energi i den nye battericelle. Faktisk er omkostningerne ved elektricitet pr. Livsenhed den direkte fordel for slutkunden. Det mest intuitive resultat er, at hvis du køber to batteripakker med samme effekt til samme pris, vil den ene nå slutningen af ​​levetiden efter 50 ganges op- og afladning, og den anden kan genbruges efter 100 ganges op- og afladning. Disse to batteripakker kan ses på et øjeblik, hvilket er billigere.

To put it bluntly, it is long life, durable and reduces costs.

In addition to the above two costs, the maintenance cost of the battery should also be considered. Simply consider the initial cost, select the problem cell, the later maintenance cost and labor cost are too high. Regarding the maintenance of the battery cell itself, it is important to refer to manual balancing. The BMS’s built-in equalization function is limited by the size of its own design equalization current, and may not be able to achieve the ideal balance between the cells. As time accumulates, the problem of excessive pressure difference in the battery pack will occur. In such situations, manual equalization has to be carried out, and the battery cells with too low voltage are charged separately. The lower the frequency of this situation, the lower the maintenance cost.

3. Høj energitæthed/høj effekttæthed

Energitæthed refererer til energien i en vægt eller enheds volumen; den elektriske energi, der frigives af den gennemsnitlige enhedsvolumen eller masse af et batteri. Generelt i samme volumen er energitætheden for lithium-ion-batterier 2.5 gange den for nikkel-cadmium-batterier og 1.8 gange den for nikkel-hydrogen-batterier. Derfor, når batterikapaciteten er ens, vil lithium-ion-batterier være bedre end nikkel-cadmium- og nikkel-hydrogen-batterier. Mindre størrelse og lettere vægt.

Batteriets energitæthed=batterikapacitet× afladningsplatform/batteritykkelse/batteribredde/batterilængde.

Effektdensitet refererer til værdien af ​​den maksimale afladningseffekt pr. Vægt eller volumen. På vejkøretøjers begrænsede plads kan den samlede energi og den samlede effekt kun forbedres effektivt ved at øge tætheden. Derudover bruger de nuværende statstilskud energitæthed og effekttæthed som tærskel for at måle tilskudsniveauet, hvilket yderligere styrker tæthedens betydning.

Der er dog en vis modsætning mellem energitæthed og sikkerhed. Efterhånden som energitætheden stiger, vil sikkerheden altid stå over for nyere og sværere udfordringer.

4. Højspænding

Da grafitelektroder stort set bruges som anodematerialer, bestemmes lithium-ion-batteriers spænding hovedsageligt af katodematerialernes materielle egenskaber. Den øvre grænse for spændingen af ​​lithiumjernfosfat er 3.6V, og den maksimale spænding for ternære lithium- og lithiummanganatbatterier er omkring 4.2V (den næste del vil forklare, hvorfor den maksimale spænding for Li-ion-batterier ikke kan overstige 4.2V ). Udviklingen af ​​højspændingsbatterier er en teknisk vej for lithium-ion-batterier til at øge energitætheden. For at øge cellens udgangsspænding kræves et positivt elektrodemateriale med et højt potentiale, et negativt elektrodemateriale med et lavt potentiale og en elektrolyt med en stabil højspænding.

5. Høj energieffektivitet

Coulomb-effektivitet, også kaldet opladningseffektivitet, refererer til forholdet mellem batteriafladningskapacitet og opladningskapacitet i samme cyklus. Det vil sige procentdelen af ​​udledningsspecifik kapacitet for at oplade specifik kapacitet.

For det positive elektrodemateriale er det lithiumindføringskapaciteten/delithiumkapaciteten, det vil sige afladningskapaciteten/ladekapaciteten; for det negative elektrodemateriale er det lithiumfjernelseskapaciteten/lithiumindføringskapaciteten, det vil sige afladningskapaciteten/ladekapaciteten.

During the charging process, electrical energy is converted into chemical energy, and during the discharging process, chemical energy is converted into electrical energy. There is a certain efficiency in the input and output of electrical energy during the two conversion processes, and this efficiency directly reflects the performance of the battery.

From the perspective of professional physics, Coulomb efficiency and energy efficiency are different. One is the ratio of electricity and the other is the ratio of work.

Batteriets energieffektivitet og Coulomb-effektiviteten, men ud fra det matematiske udtryk er der et spændingsforhold mellem de to. Den gennemsnitlige spænding af ladning og afladning er ikke ens, den gennemsnitlige afladningsspænding er generelt mindre end den gennemsnitlige ladningsspænding

Batteriets ydelse kan bedømmes ud fra batteriets energieffektivitet. Fra bevarelse af energi omdannes den tabte elektriske energi hovedsageligt til varmeenergi. Derfor kan energieffektiviteten analysere den varme, der genereres af batteriet under arbejdsprocessen, og derefter kan forholdet mellem intern modstand og varme analyseres. Og det er kendt, at energieffektivitet kan forudsige batteriets resterende energi og styre den rationelle brug af batteriet.

Fordi indgangseffekten ofte ikke bruges til at omdanne det aktive materiale til en ladet tilstand, men en del af det forbruges (for eksempel forekommer irreversible sidereaktioner), så Coulomb-effektiviteten er ofte mindre end 100 %. Men hvad angår nuværende lithium-ion-batterier, kan Coulomb-effektiviteten stort set nå 99.9% og derover.

Påvirkningsfaktorer: elektrolytnedbrydning, grænsefladepassivering, ændringer i strukturen, morfologien og ledningsevnen af ​​elektrodeaktive materialer vil reducere Coulomb-effektiviteten.

Derudover er det værd at nævne, at batterinedfald har ringe effekt på Coulomb-effektiviteten og ikke har meget med temperatur at gøre.

Strømtætheden afspejler størrelsen af ​​den strøm, der passerer pr. arealenhed. Efterhånden som strømtætheden stiger, stiger strømmen, der føres af stakken, spændingseffektiviteten falder på grund af intern modstand, og Coulomb-effektiviteten falder på grund af koncentrationspolarisering og andre årsager. I sidste ende føre til en reduktion i energieffektiviteten.

6. God ydelse ved høj temperatur

Lithium-ion batteries have good high-temperature performance, which means that the battery core is in a higher temperature environment, and the battery’s positive and negative materials, separators and electrolyte can also maintain good stability, can work normally at high temperatures, and the life will not be accelerated. High temperature is not easy to cause thermal runaway accidents.

Temperaturen på lithium-ion-batteriet viser batteriets termiske tilstand, og essensen af ​​det er resultatet af varmegenerering og varmeoverførsel af lithium-ion-batteriet. At studere de termiske egenskaber af lithium-ion-batterier og deres varmeudvikling og varmeoverførselskarakteristika under forskellige forhold kan få os til at indse den vigtige måde at eksoterme kemiske reaktioner inde i lithium-ion-batterier.

Unsafe behaviors of lithium-ion batteries, including battery overcharge and overdischarge, rapid charge and discharge, short circuit, mechanical abuse conditions, and high temperature thermal shock, can easily trigger dangerous side reactions inside the battery and generate heat, directly destroying the negative and positive electrodes Passivation film on the surface.

When the cell temperature rises to 130°C, the SEI film on the surface of the negative electrode decomposes, causing the high-activity lithium carbon negative electrode to be exposed to the electrolyte to undergo a violent oxidation-reduction reaction, and the heat that occurs makes the battery enter a high-risk state.

Når batteriets indre temperatur stiger over 200°C, nedbryder passiveringsfilmen på den positive elektrodeoverflade den positive elektrode for at generere oxygen og fortsætter med at reagere voldsomt med elektrolytten for at generere en stor mængde varme og danne et højt indre tryk . Når batteritemperaturen når over 240°C, ledsages det af en voldsom eksoterm reaktion mellem den negative lithium-carbonelektrode og bindemidlet.

The temperature problem of lithium-ion batteries has a great impact on the safety of lithium-ion batteries. The environment of use itself has a certain temperature, and the temperature of the lithium ion battery will also appear when it is used. The important thing is that temperature will have a greater impact on the chemical reaction inside the lithium-ion battery. Too high temperature can even damage the service life of the lithium-ion battery, and in severe cases, it will cause safety problems for the lithium-ion battery.

7. Good low temperature performance

Lithium-ion batteries have good low-temperature performance, which means that at low temperatures, the lithium ions and electrode materials inside the battery still maintain high activity, high residual capacity, reduced discharge capacity degradation, and large allowable charging rate.

Når temperaturen falder, falder den resterende kapacitet af lithium-ion-batteriet til en accelereret situation. Jo lavere temperatur, jo hurtigere falder kapaciteten. Tvangsopladning ved lave temperaturer er ekstremt skadelig, og det er meget let at forårsage termiske løbsulykker. Ved lave temperaturer falder aktiviteten af ​​lithiumioner og elektrodeaktive materialer, og hastigheden, hvormed lithiumioner indsættes i det negative elektrodemateriale, reduceres kraftigt. Når den eksterne strømforsyning oplades ved en effekt, der overstiger batteriets tilladte effekt, ophobes en stor mængde lithiumioner omkring den negative elektrode, og lithiumionerne indlejret i elektroden er for sent til at få elektroner og aflejres derefter direkte på elektroden. overfladen af ​​elektroden for at danne lithium elementære krystaller. Dendrit vokser, trænger direkte ind i mellemgulvet og gennemborer den positive elektrode. Forårsager en kortslutning mellem de positive og negative elektroder, hvilket igen fører til termisk løb.

Ud over den alvorlige forringelse af afladningskapaciteten kan lithium-ion-batterier ikke oplades ved lave temperaturer. Under lavtemperaturopladning eksisterer interkalationen af ​​lithiumioner på batteriets grafitelektrode og lithiumbelægningsreaktionen side om side og konkurrerer med hinanden. Under lave temperaturforhold hæmmes diffusionen af ​​lithiumioner i grafit, og elektrolyttens ledningsevne falder, hvilket fører til et fald i interkalationshastigheden og gør lithiumpletteringsreaktionen mere tilbøjelig til at forekomme på grafitoverfladen. Hovedårsagerne til faldet i levetiden af ​​lithium-ion-batterier, når de bruges ved lave temperaturer, er stigningen i intern impedans og forringelsen af ​​kapaciteten på grund af udfældningen af ​​lithium-ioner.

8. God sikkerhed

Sikkerheden af ​​lithium-ion-batterier inkluderer ikke kun stabiliteten af ​​interne materialer, men også effektiviteten af ​​batterisikkerhedshjælpeforanstaltninger. Sikkerheden af ​​interne materialer refererer til de positive og negative materialer, membran og elektrolyt, som har god termisk stabilitet, god kompatibilitet mellem elektrolytten og elektrodematerialet og god flammehæmning af selve elektrolytten. Sikkerhedshjælpeforanstaltninger refererer til cellens sikkerhedsventildesign, sikringsdesignet, det temperaturfølsomme modstandsdesign, og følsomheden er passende. Efter at en enkelt celle mislykkes, kan den forhindre fejlen i at sprede sig og tjene isoleringsformålet.

9. God konsistens

Through the “barrel effect” we understand the importance of battery consistency. Consistency refers to the battery cells used in the same battery pack, the capacity, open circuit voltage, internal resistance, self-discharge and other parameters are extremely small, and the performance is similar. If the consistency of the battery cell with its own excellent performance is not good, its superiority is often smoothed out after the group is formed. Studies have shown that the capacity of the battery pack after grouping is determined by the smallest capacity cell, and the battery pack life is less than the life of the shortest cell.