Was sind die Anforderungen an hochwertige Lithium-Ionen-Akkus? Generell sind eine lange Lebensdauer, eine hohe Energiedichte und ein zuverlässiges Sicherheitsverhalten die Voraussetzungen für die Messung eines hochwertigen Lithium-Ionen-Akkus. Lithium-Ionen-Batterien werden derzeit in allen Bereichen des täglichen Lebens verwendet, aber der Hersteller oder die Marke sind unterschiedlich. Es gibt einige Unterschiede in der Lebensdauer und Sicherheitsleistung von Lithium-Ionen-Batterien, die eng mit den Produktionsverfahrensstandards und Produktionsmaterialien verbunden sind; die folgenden Bedingungen müssen die Bedingungen für hochwertiges Lithium-Ionen sein;

1. Lange Lebensdauer

Die Lebensdauer der Sekundärbatterie umfasst zwei Indikatoren: Zykluslebensdauer und Kalenderlebensdauer. Zyklenlebensdauer bedeutet, dass nach der vom Hersteller versprochenen Zyklenzahl des Akkus die Restkapazität immer noch größer oder gleich 80 % ist. Die kalendarische Lebensdauer bedeutet, dass die Restkapazität innerhalb des vom Hersteller zugesagten Zeitraums nicht weniger als 80 % betragen darf, unabhängig davon, ob sie genutzt wird oder nicht.

Das Leben ist einer der Schlüsselindikatoren für die Leistungsfähigkeit von Lithiumbatterien. Einerseits ist die große Aktion des Batteriewechsels wirklich mühsam und die Benutzererfahrung ist nicht gut; Andererseits ist das Leben grundsätzlich eine Kostenfrage.

Die Lebensdauer eines Lithium-Ionen-Akkus bedeutet, dass die Kapazität des Akkus nach einer Nutzungsdauer auf die Nennkapazität (bei Raumtemperatur von 25 °C, normalem Luftdruck und 70 % der Akkukapazität entladen bei 0.2 °C) abfällt , und das Leben kann als das Ende des Lebens betrachtet werden. In der Industrie wird die Zyklenlebensdauer im Allgemeinen durch die Anzahl der Zyklen von vollständig geladenen und entladenen Lithium-Ionen-Batterien berechnet. Während des Gebrauchs kommt es im Inneren der Lithium-Ionen-Batterie zu einer irreversiblen elektrochemischen Reaktion, die zu einer Verringerung der Kapazität führt, wie z zu einer Verringerung der Zahl der Lithiumionen-Interkalation und -Deinterkalation führen. Warte ab. Experimente zeigen, dass eine höhere Entladungsrate zu einer schnelleren Dämpfung der Kapazität führt. Wenn der Entladestrom niedrig ist, liegt die Batteriespannung nahe der Gleichgewichtsspannung, wodurch mehr Energie freigesetzt werden kann.

Die theoretische Lebensdauer einer ternären Lithium-Ionen-Batterie beträgt etwa 800 Zyklen, was unter kommerziellen wiederaufladbaren Lithium-Ionen-Batterien mittelmäßig ist. Lithium-Eisenphosphat hat etwa 2,000 Zyklen, während Lithiumtitanat 10,000 Zyklen erreichen soll. Derzeit versprechen Mainstream-Batteriehersteller mehr als 500-fache (Laden und Entladen unter Standardbedingungen) in den Spezifikationen ihrer ternären Batteriezellen. Nachdem die Batterien jedoch zu einem Batteriepack zusammengebaut wurden, sind die wichtigsten Faktoren aufgrund von Konsistenzproblemen die Spannung und der interne Widerstand. Der Widerstand kann nicht genau gleich sein und seine Zyklenlebensdauer beträgt etwa das 400-fache. Das empfohlene SOC-Nutzungsfenster beträgt 10 % bis 90 %. Ein Tiefenladen und Entladen wird nicht empfohlen, da es sonst zu irreversiblen Schäden an der positiven und negativen Struktur der Batterie kommt. Wenn es durch flache Ladung und flache Entladung berechnet wird, beträgt die Zyklenlebensdauer mindestens das 1000-fache. Wenn Lithium-Ionen-Batterien außerdem häufig in Umgebungen mit hoher Geschwindigkeit und hohen Temperaturen entladen werden, wird die Batterielebensdauer drastisch auf weniger als das 200-fache reduziert.

2. Weniger Wartung, geringere Nutzungskosten

Der Akku selbst hat einen niedrigen Preis pro Kilowattstunde, was der intuitivste Preis ist. Ob die Kosten wirklich niedrig sind, hängt für die Nutzer darüber hinaus von den „Volllebenszykluskosten von Strom“ ab.

„Stromkosten über den gesamten Lebenszyklus“, die Gesamtleistung der Lithium-Power-Batterie wird mit der Anzahl der Zyklen multipliziert, um die Gesamtleistungsmenge zu erhalten, die während des gesamten Lebenszyklus der Batterie verwendet werden kann, und den Gesamtpreis der Batteriepack wird durch diese Summe geteilt, um den Preis pro Kilowatt Strom über den gesamten Lebenszyklus zu erhalten.

Der Batteriepreis, von dem wir normalerweise sprechen, beispielsweise 1,500 Yuan/kWh, basiert nur auf der Gesamtenergie der neuen Batteriezelle. Tatsächlich sind die Stromkosten pro Lebenseinheit der direkte Nutzen des Endkunden. Das intuitivste Ergebnis ist, dass beim Kauf von zwei Akkus mit der gleichen Leistung zum gleichen Preis einer nach 50 Lade- und Entladevorgängen das Ende seiner Lebensdauer erreicht und der andere nach 100 Lade- und Entladevorgängen wiederverwendet werden kann. Diese beiden Akkupacks sind auf einen Blick ersichtlich, was günstiger ist.

Kurz gesagt, es ist langlebig, langlebig und spart Kosten.

Zusätzlich zu den beiden oben genannten Kosten sollten auch die Wartungskosten der Batterie berücksichtigt werden. Berücksichtigen Sie einfach die Anschaffungskosten, wählen Sie die Problemzelle aus, die späteren Wartungs- und Arbeitskosten sind zu hoch. Bezüglich der Wartung der Batteriezelle selbst ist es wichtig, auf den manuellen Abgleich zu verweisen. Die eingebaute Ausgleichsfunktion des BMS ist durch die Größe seines eigenen Entwurfsausgleichsstroms begrenzt und kann möglicherweise nicht das ideale Gleichgewicht zwischen den Zellen erreichen. Mit zunehmender Zeit tritt das Problem einer übermäßigen Druckdifferenz im Batteriepack auf. In solchen Situationen muss ein manueller Abgleich durchgeführt werden und die Batteriezellen mit zu niedriger Spannung werden separat geladen. Je geringer die Häufigkeit dieser Situation ist, desto geringer sind die Wartungskosten.

3. Hohe Energiedichte/hohe Leistungsdichte

Die Energiedichte bezieht sich auf die Energie, die in einer Gewichts- oder Volumeneinheit enthalten ist; die von der durchschnittlichen Volumeneinheit oder Masse einer Batterie freigesetzte elektrische Energie. Im Allgemeinen beträgt die Energiedichte von Lithium-Ionen-Batterien bei gleichem Volumen das 2.5-fache von Nickel-Cadmium-Batterien und das 1.8-fache von Nickel-Wasserstoff-Batterien. Daher sind Lithium-Ionen-Batterien bei gleicher Batteriekapazität besser als Nickel-Cadmium- und Nickel-Wasserstoff-Batterien. Kleinere Größe und geringeres Gewicht.

Batterieenergiedichte = Batteriekapazität × Entladeplattform/Batteriedicke/Batteriebreite/Batterielänge.

Die Leistungsdichte bezieht sich auf den Wert der maximalen Entladeleistung pro Gewichts- oder Volumeneinheit. Im begrenzten Raum von Straßenfahrzeugen kann nur durch eine Erhöhung der Dichte die Gesamtenergie und Gesamtleistung effektiv verbessert werden. Darüber hinaus verwenden die aktuellen staatlichen Förderungen die Energiedichte und die Leistungsdichte als Schwellenwert für die Höhe der Förderung, was die Bedeutung der Dichte weiter stärkt.

Allerdings besteht ein gewisser Widerspruch zwischen Energiedichte und Sicherheit. Mit steigender Energiedichte wird die Sicherheit immer neueren und schwierigeren Herausforderungen gegenüberstehen.

4. Hochspannung

Da als Anodenmaterialien grundsätzlich Graphitelektroden verwendet werden, wird die Spannung von Lithium-Ionen-Batterien hauptsächlich durch die Materialeigenschaften der Kathodenmaterialien bestimmt. Die Obergrenze der Spannung von Lithium-Eisenphosphat beträgt 3.6 V, und die maximale Spannung von ternären Lithium- und Lithium-Manganat-Batterien beträgt etwa 4.2 V (der nächste Teil wird erklären, warum die maximale Spannung von Lithium-Ionen-Batterien 4.2 V nicht überschreiten kann? ). Die Entwicklung von Hochvoltbatterien ist ein technischer Weg für Lithium-Ionen-Batterien, um die Energiedichte zu erhöhen. Um die Ausgangsspannung der Zelle zu erhöhen, werden ein positives Elektrodenmaterial mit hohem Potential, ein negatives Elektrodenmaterial mit niedrigem Potential und ein Elektrolyt mit stabiler Hochspannung benötigt.

5. Hohe Energieeffizienz

Der Coulomb-Wirkungsgrad, auch Ladeeffizienz genannt, bezieht sich auf das Verhältnis von Batterieentladekapazität zu Ladekapazität während desselben Zyklus. Das heißt, der Prozentsatz der spezifischen Entladungskapazität, um die spezifische Kapazität aufzuladen.

Für das positive Elektrodenmaterial ist dies die Lithiumeinfügungskapazität/Delithiumkapazität, d. h. die Entladekapazität/Ladekapazität; für das negative Elektrodenmaterial ist dies die Lithiumentfernungskapazität/Lithiumeinfügungskapazität, das heißt die Entladekapazität/Ladekapazität.

Beim Ladevorgang wird elektrische Energie in chemische Energie umgewandelt und beim Entladevorgang wird chemische Energie in elektrische Energie umgewandelt. Bei den beiden Umwandlungsprozessen gibt es eine gewisse Effizienz bei der Ein- und Ausgabe von elektrischer Energie, die direkt die Leistung der Batterie widerspiegelt.

Aus Sicht der professionellen Physik sind Coulomb-Effizienz und Energieeffizienz unterschiedlich. Das eine ist das Verhältnis von Elektrizität und das andere das Verhältnis von Arbeit.

Die Energieeffizienz des Akkumulators und der Coulomb-Wirkungsgrad, aber aus dem mathematischen Ausdruck ergibt sich eine Spannungsbeziehung zwischen beiden. Die durchschnittliche Lade- und Entladespannung ist nicht gleich, die durchschnittliche Entladespannung ist im Allgemeinen geringer als die durchschnittliche Ladespannung

Die Leistung der Batterie kann anhand der Energieeffizienz der Batterie beurteilt werden. Aus der Energieerhaltung wird die verlorene elektrische Energie hauptsächlich in Wärmeenergie umgewandelt. Daher kann die Energieeffizienz die von der Batterie während des Arbeitsprozesses erzeugte Wärme analysieren, und dann kann die Beziehung zwischen Innenwiderstand und Wärme analysiert werden. Und es ist bekannt, dass Energieeffizienz die verbleibende Energie der Batterie vorhersagen und die rationelle Nutzung der Batterie steuern kann.

Da die Eingangsleistung oft nicht genutzt wird, um das Aktivmaterial in einen geladenen Zustand zu überführen, sondern ein Teil davon verbraucht wird (z. B. treten irreversible Nebenreaktionen auf), liegt der Coulomb-Wirkungsgrad oft unter 100 %. Bei aktuellen Lithium-Ionen-Akkus kann der Coulomb-Wirkungsgrad jedoch grundsätzlich 99.9 % und mehr erreichen.

Einflussfaktoren: Elektrolytzersetzung, Grenzflächenpassivierung, Veränderungen der Struktur, Morphologie und Leitfähigkeit von Elektrodenaktivmaterialien reduzieren die Coulomb-Effizienz.

Darüber hinaus ist es erwähnenswert, dass der Batteriezerfall wenig Einfluss auf die Coulomb-Effizienz hat und wenig mit der Temperatur zu tun hat.

Die Stromdichte spiegelt die Größe des pro Flächeneinheit fließenden Stroms wider. Wenn die Stromdichte zunimmt, nimmt der durch den Stapel geleitete Strom zu, der Spannungswirkungsgrad nimmt aufgrund des Innenwiderstands ab und der Coulomb-Wirkungsgrad nimmt aufgrund der Konzentrationspolarisation und aus anderen Gründen ab. Letztlich zu einer Verringerung der Energieeffizienz führen.

6. Gute Hochtemperaturleistung

Lithium-Ionen-Batterien haben eine gute Hochtemperaturleistung, was bedeutet, dass sich der Batteriekern in einer Umgebung mit höheren Temperaturen befindet, und die positiven und negativen Materialien der Batterie, die Separatoren und der Elektrolyt können auch eine gute Stabilität aufrechterhalten, können bei hohen Temperaturen normal arbeiten und die das Leben wird nicht beschleunigt. Hohe Temperaturen verursachen nicht so einfach Unfälle durch thermisches Durchgehen.

Die Temperatur des Lithium-Ionen-Akkus zeigt den thermischen Zustand des Akkus an und ist im Wesentlichen das Ergebnis der Wärmeentwicklung und Wärmeübertragung des Lithium-Ionen-Akkus. Die Untersuchung der thermischen Eigenschaften von Lithium-Ionen-Batterien und ihrer Wärmeerzeugungs- und Wärmeübertragungseigenschaften unter verschiedenen Bedingungen kann uns den wichtigen Weg exothermer chemischer Reaktionen in Lithium-Ionen-Batterien erkennen lassen.

Unsicheres Verhalten von Lithium-Ionen-Batterien, einschließlich Batterieüberladung und Tiefentladung, schnelles Laden und Entladen, Kurzschluss, mechanische Missbrauchsbedingungen und Hochtemperatur-Thermoschock, kann leicht gefährliche Nebenreaktionen innerhalb der Batterie auslösen und Hitze erzeugen, die das Negativ direkt zerstört und positive Elektroden Passivierungsfilm auf der Oberfläche.

Wenn die Zellentemperatur auf 130 °C ansteigt, zersetzt sich der SEI-Film auf der Oberfläche der negativen Elektrode, wodurch die negative Lithium-Kohlenstoff-Elektrode mit hoher Aktivität dem Elektrolyten ausgesetzt wird und eine heftige Oxidations-Reduktions-Reaktion durchläuft, und die Hitze, die auftritt, geht die Batterie in einen Hochrisikozustand über.

Wenn die Innentemperatur der Batterie über 200 °C ansteigt, zersetzt der Passivierungsfilm auf der positiven Elektrodenoberfläche die positive Elektrode, um Sauerstoff zu erzeugen, und reagiert weiterhin heftig mit dem Elektrolyten, um eine große Wärmemenge zu erzeugen und einen hohen Innendruck zu bilden . Wenn die Batterietemperatur 240°C überschreitet, wird dies von einer heftigen exothermen Reaktion zwischen der negativen Lithium-Kohlenstoff-Elektrode und dem Bindemittel begleitet.

Das Temperaturproblem von Lithium-Ionen-Batterien hat einen großen Einfluss auf die Sicherheit von Lithium-Ionen-Batterien. Die Nutzungsumgebung selbst hat eine bestimmte Temperatur, und die Temperatur des Lithium-Ionen-Akkus wird auch angezeigt, wenn er verwendet wird. Wichtig ist, dass die Temperatur einen größeren Einfluss auf die chemische Reaktion im Inneren der Lithium-Ionen-Batterie hat. Eine zu hohe Temperatur kann sogar die Lebensdauer des Lithium-Ionen-Akkus beeinträchtigen und in schweren Fällen zu Sicherheitsproblemen für den Lithium-Ionen-Akku führen.

7. Gute Leistung bei niedrigen Temperaturen

Lithium-Ionen-Batterien haben eine gute Leistung bei niedrigen Temperaturen, was bedeutet, dass die Lithium-Ionen und Elektrodenmaterialien im Inneren der Batterie bei niedrigen Temperaturen immer noch eine hohe Aktivität, eine hohe Restkapazität, eine verringerte Verschlechterung der Entladekapazität und eine hohe zulässige Laderate beibehalten.

Mit sinkender Temperatur geht die Restkapazität des Lithium-Ionen-Akkus in einen beschleunigten Zustand über. Je niedriger die Temperatur, desto schneller nimmt die Kapazität ab. Eine erzwungene Aufladung bei niedrigen Temperaturen ist äußerst schädlich und kann sehr leicht zu Unfällen mit thermischem Durchgehen führen. Bei niedrigen Temperaturen nimmt die Aktivität von Lithiumionen und aktiven Elektrodenmaterialien ab und die Geschwindigkeit, mit der Lithiumionen in das negative Elektrodenmaterial eingeführt werden, wird stark reduziert. Wenn die externe Stromversorgung mit einer Leistung geladen wird, die die zulässige Leistung der Batterie überschreitet, sammelt sich eine große Menge Lithiumionen um die negative Elektrode herum an, und die in die Elektrode eingebetteten Lithiumionen sind zu spät, um Elektronen aufzunehmen und sich dann direkt auf der Elektrode abzulagern Oberfläche der Elektrode, um elementare Lithiumkristalle zu bilden. Der Dendriten wächst, dringt direkt in das Diaphragma ein und durchdringt die positive Elektrode. Verursacht einen Kurzschluss zwischen der positiven und negativen Elektrode, was wiederum zu einem thermischen Durchgehen führt.

Neben der starken Verschlechterung der Entladekapazität können Lithium-Ionen-Akkus bei niedrigen Temperaturen nicht geladen werden. Während des Ladens bei niedriger Temperatur koexistieren die Interkalation von Lithiumionen an der Graphitelektrode der Batterie und die Lithiumplattierungsreaktion und konkurrieren miteinander. Unter niedrigen Temperaturbedingungen wird die Diffusion von Lithiumionen in Graphit gehemmt und die Leitfähigkeit des Elektrolyten nimmt ab, was zu einer Abnahme der Interkalationsrate führt und das Auftreten der Lithiumplattierungsreaktion auf der Graphitoberfläche wahrscheinlicher macht. Die Hauptgründe für die Verkürzung der Lebensdauer von Lithium-Ionen-Batterien beim Einsatz bei niedrigen Temperaturen sind die Erhöhung der Innenimpedanz und die Verschlechterung der Kapazität durch die Abscheidung von Lithium-Ionen.

8. Gute Sicherheit

Die Sicherheit von Lithium-Ionen-Batterien umfasst nicht nur die Stabilität der internen Materialien, sondern auch die Wirksamkeit von Hilfsmaßnahmen zur Batteriesicherheit. Die Sicherheit der internen Materialien bezieht sich auf die positiven und negativen Materialien Diaphragma und Elektrolyt, die eine gute thermische Stabilität, eine gute Kompatibilität zwischen Elektrolyt und Elektrodenmaterial und eine gute Flammwidrigkeit des Elektrolyten selbst aufweisen. Sicherheitshilfsmaßnahmen beziehen sich auf das Sicherheitsventildesign der Zelle, das Sicherungsdesign, das temperaturempfindliche Widerstandsdesign und die angemessene Empfindlichkeit. Nach dem Ausfall einer einzelnen Zelle kann sie die Ausbreitung des Fehlers verhindern und der Isolation dienen.

9. Gute Konsistenz

Durch den „Fasseffekt“ verstehen wir die Bedeutung der Batteriekonsistenz. Konsistenz bezieht sich auf die im gleichen Akkupack verwendeten Akkuzellen, Kapazität, Leerlaufspannung, Innenwiderstand, Selbstentladung und andere Parameter sind extrem klein und die Leistung ist ähnlich. Wenn die Konsistenz der Batteriezelle mit ihrer eigenen hervorragenden Leistung nicht gut ist, wird ihre Überlegenheit oft nach der Bildung der Gruppe geglättet. Studien haben gezeigt, dass die Kapazität des Akkus nach der Gruppierung durch die Zelle mit der kleinsten Kapazität bestimmt wird und die Lebensdauer des Akkus geringer ist als die Lebensdauer der kürzesten Zelle.