¿Cuáles son los requisitos para las baterías de iones de litio de alta calidad? En términos generales, una larga vida útil, una alta densidad de energía y un rendimiento de seguridad confiable son los requisitos previos para medir una batería de iones de litio de alta calidad. Las baterías de iones de litio se utilizan actualmente en todos los aspectos de la vida diaria, pero el fabricante o la marca son diferentes. Existen algunas diferencias en la vida útil y el rendimiento de seguridad de las baterías de iones de litio, que están estrechamente relacionadas con los estándares del proceso de producción y los materiales de producción; las siguientes condiciones deben ser las condiciones para iones de litio de alta calidad;

1 Larga vida útil

La vida de la batería secundaria incluye dos indicadores: ciclo de vida y vida de calendario. La vida útil significa que después de que la batería haya experimentado el número de ciclos prometidos por el fabricante, la capacidad restante es aún mayor o igual al 80%. La vida útil significa que la capacidad restante no será inferior al 80% dentro del período de tiempo prometido por el fabricante, independientemente de si se utiliza o no.

La vida es uno de los indicadores clave de las baterías de litio. Por un lado, la gran acción de reemplazar la batería es realmente problemática y la experiencia del usuario no es buena; por otro lado, fundamentalmente, la vida es una cuestión de costes.

La vida útil de una batería de iones de litio significa que la capacidad de la batería se reduce a la capacidad nominal (a temperatura ambiente de 25 ° C, presión atmosférica estándar y 70% de la capacidad de la batería descargada a 0.2 ° C) después de un período de uso. , y la vida puede considerarse como el final de la vida. En la industria, el ciclo de vida generalmente se calcula por el número de ciclos de baterías de iones de litio completamente cargadas y descargadas. En el proceso de uso, se produce una reacción electroquímica irreversible dentro de la batería de iones de litio, que conduce a una disminución de la capacidad, como la descomposición del electrolito, la desactivación de materiales activos y el colapso de las estructuras de los electrodos positivos y negativos. conducir a una disminución en el número de intercalación y desintercalación de iones de litio. Esperar. Los experimentos muestran que una tasa de descarga más alta conducirá a una atenuación más rápida de la capacidad. Si la corriente de descarga es baja, el voltaje de la batería estará cerca del voltaje de equilibrio, lo que puede liberar más energía.

La vida teórica de una batería ternaria de iones de litio es de aproximadamente 800 ciclos, que es media entre las baterías de iones de litio recargables comerciales. El fosfato de hierro y litio es de aproximadamente 2,000 ciclos, mientras que se dice que el titanato de litio puede alcanzar los 10,000 ciclos. En la actualidad, los principales fabricantes de baterías prometen más de 500 veces (carga y descarga en condiciones estándar) en las especificaciones de sus celdas de batería ternarias. Sin embargo, después de que las baterías se ensamblan en un paquete de baterías, debido a problemas de consistencia, los factores más importantes son el voltaje y la resistencia interna. La resistencia no puede ser exactamente la misma y su ciclo de vida es de aproximadamente 400 veces. La ventana de uso de SOC recomendada es del 10% al 90%. No se recomienda la carga y descarga profunda, de lo contrario causará daños irreversibles a la estructura positiva y negativa de la batería. Si se calcula mediante carga superficial y descarga superficial, el ciclo de vida será de al menos 1000 veces. Además, si las baterías de iones de litio se descargan con frecuencia en entornos de alta velocidad y alta temperatura, la vida útil de la batería se reducirá drásticamente a menos de 200 veces.

2. Menos mantenimiento, menor costo de uso

La batería en sí tiene un precio bajo por kilovatio-hora, que es el costo más intuitivo. Además de lo mencionado anteriormente, para los usuarios, si el costo es realmente bajo depende del “costo del ciclo de vida completo de la electricidad”.

“Costo de ciclo de vida completo de la electricidad”, la potencia total de la batería de litio de potencia se multiplica por el número de ciclos para obtener la cantidad total de energía que se puede utilizar en el ciclo de vida completo de la batería, y el precio total de la El paquete de baterías se divide por esta suma para obtener el precio por kilovatio de electricidad en el ciclo de vida completo.

El precio de la batería del que hablamos habitualmente, como 1,500 yuanes / kWh, se basa únicamente en la energía total de la nueva celda de la batería. De hecho, el costo de la electricidad por unidad de vida es el beneficio directo del cliente final. El resultado más intuitivo es que si compra dos paquetes de baterías con la misma potencia al mismo precio, uno llegará al final de su vida útil después de 50 veces de carga y descarga, y el otro puede reutilizarse después de 100 veces de carga y descarga. Estos dos paquetes de baterías se pueden ver de un vistazo, lo que es más barato.

Para decirlo sin rodeos, es de larga duración, duradero y reduce los costos.

Además de los dos costos anteriores, también se debe considerar el costo de mantenimiento de la batería. Simplemente considere el costo inicial, seleccione la celda problemática, el costo de mantenimiento posterior y el costo de mano de obra son demasiado altos. Con respecto al mantenimiento de la celda de la batería en sí, es importante referirse al balance manual. La función de ecualización incorporada del BMS está limitada por el tamaño de su propia corriente de ecualización de diseño y es posible que no pueda lograr el equilibrio ideal entre las celdas. A medida que se acumula el tiempo, se producirá el problema de una diferencia de presión excesiva en la batería. En tales situaciones, se debe realizar una ecualización manual y las celdas de la batería con voltaje demasiado bajo se cargan por separado. Cuanto menor sea la frecuencia de esta situación, menor será el costo de mantenimiento.

3. Alta densidad de energía / alta densidad de potencia

La densidad de energía se refiere a la energía contenida en una unidad de peso o unidad de volumen; la energía eléctrica liberada por la unidad de volumen o masa promedio de una batería. Generalmente, en el mismo volumen, la densidad de energía de las baterías de iones de litio es 2.5 veces mayor que la de las baterías de níquel-cadmio y 1.8 veces la de las baterías de níquel-hidrógeno. Por lo tanto, cuando la capacidad de la batería es igual, las baterías de iones de litio serán mejores que las de níquel-cadmio y de níquel-hidrógeno. Tamaño más pequeño y peso más ligero.

Densidad de energía de la batería = capacidad de la batería × ​​plataforma de descarga / grosor de la batería / ancho de la batería / longitud de la batería.

La densidad de potencia se refiere al valor de la potencia máxima de descarga por unidad de peso o volumen. En el espacio limitado de los vehículos de carretera, solo aumentando la densidad se puede mejorar eficazmente la energía general y la potencia general. Además, los subsidios estatales actuales utilizan la densidad energética y la densidad de potencia como umbral para medir el nivel de los subsidios, lo que refuerza aún más la importancia de la densidad.

Sin embargo, existe una cierta contradicción entre la densidad de energía y la seguridad. A medida que aumenta la densidad de energía, la seguridad siempre enfrentará desafíos nuevos y más difíciles.

4. Alto voltaje

Dado que los electrodos de grafito se utilizan básicamente como materiales de ánodo, el voltaje de las baterías de iones de litio está determinado principalmente por las características del material de los materiales del cátodo. El límite superior del voltaje del fosfato de hierro y litio es de 3.6 V, y el voltaje máximo de las baterías ternarias de litio y manganato de litio es de aproximadamente 4.2 V (la siguiente parte explicará por qué el voltaje máximo de la batería de iones de litio no puede exceder los 4.2 V. ). El desarrollo de baterías de alto voltaje es una ruta técnica para que las baterías de iones de litio aumenten la densidad de energía. Para aumentar el voltaje de salida de la celda, se requiere un material de electrodo positivo con un potencial alto, un material de electrodo negativo con un potencial bajo y un electrolito con un voltaje alto estable.

5. Alta eficiencia energética

La eficiencia de Coulomb, también llamada eficiencia de carga, se refiere a la relación entre la capacidad de descarga de la batería y la capacidad de carga durante el mismo ciclo. Es decir, el porcentaje de capacidad específica de descarga para cargar capacidad específica.

Para el material del electrodo positivo, es la capacidad de inserción de litio / capacidad de delitio, es decir, la capacidad de descarga / capacidad de carga; para el material del electrodo negativo, es la capacidad de eliminación de litio / capacidad de inserción de litio, es decir, la capacidad de descarga / capacidad de carga.

Durante el proceso de carga, la energía eléctrica se convierte en energía química y durante el proceso de descarga, la energía química se convierte en energía eléctrica. Existe una cierta eficiencia en la entrada y salida de energía eléctrica durante los dos procesos de conversión, y esta eficiencia refleja directamente el rendimiento de la batería.

Desde la perspectiva de la física profesional, la eficiencia de Coulomb y la eficiencia energética son diferentes. Una es la proporción de electricidad y la otra es la proporción de trabajo.

La eficiencia energética de la batería de almacenamiento y la eficiencia de Coulomb, pero a partir de la expresión matemática, existe una relación de voltaje entre los dos. El voltaje promedio de carga y descarga no es igual, el voltaje promedio de descarga es generalmente menor que el voltaje promedio de carga

El rendimiento de la batería se puede juzgar por la eficiencia energética de la batería. A partir de la conservación de la energía, la energía eléctrica perdida se convierte principalmente en energía térmica. Por lo tanto, la eficiencia energética puede analizar el calor generado por la batería durante el proceso de trabajo, y luego se puede analizar la relación entre la resistencia interna y el calor. Y se sabe que la eficiencia energética puede predecir la energía restante de la batería y gestionar el uso racional de la batería.

Debido a que la potencia de entrada a menudo no se usa para convertir el material activo en un estado cargado, pero parte de ella se consume (por ejemplo, se producen reacciones secundarias irreversibles), la eficiencia de Coulomb suele ser inferior al 100%. Pero en lo que respecta a las baterías de iones de litio actuales, la eficiencia de Coulomb básicamente puede alcanzar el 99.9% o más.

Factores de influencia: la descomposición de electrolitos, la pasivación de la interfaz, los cambios en la estructura, morfología y conductividad de los materiales activos de los electrodos reducirán la eficiencia de Coulomb.

Además, vale la pena mencionar que la caída de la batería tiene poco efecto en la eficiencia de Coulomb y tiene poco que ver con la temperatura.

La densidad de corriente refleja el tamaño de la corriente que pasa por unidad de área. A medida que aumenta la densidad de corriente, la corriente que pasa por la pila aumenta, la eficiencia del voltaje disminuye debido a la resistencia interna y la eficiencia de Coulomb disminuye debido a la polarización de la concentración y otras razones. Eventualmente conducirá a una reducción de la eficiencia energética.

6. Buen rendimiento a altas temperaturas

Las baterías de iones de litio tienen un buen rendimiento a altas temperaturas, lo que significa que el núcleo de la batería se encuentra en un entorno de temperatura más alta, y los materiales positivos y negativos de la batería, los separadores y el electrolito también pueden mantener una buena estabilidad, pueden funcionar normalmente a altas temperaturas y el la vida no se acelerará. No es fácil que las altas temperaturas provoquen accidentes por fugas térmicas.

La temperatura de la batería de iones de litio muestra el estado térmico de la batería, y su esencia es el resultado de la generación de calor y la transferencia de calor de la batería de iones de litio. El estudio de las características térmicas de las baterías de iones de litio y sus características de generación y transferencia de calor en diferentes condiciones puede hacernos darnos cuenta de la importante forma de reacciones químicas exotérmicas dentro de las baterías de iones de litio.

Los comportamientos inseguros de las baterías de iones de litio, incluida la sobrecarga y sobredescarga de la batería, la carga y descarga rápidas, el cortocircuito, las condiciones de abuso mecánico y el choque térmico de alta temperatura, pueden desencadenar fácilmente reacciones secundarias peligrosas dentro de la batería y generar calor, destruyendo directamente el negativo y electrodos positivos Película de pasivación en la superficie.

Cuando la temperatura de la celda aumenta a 130 ° C, la película SEI en la superficie del electrodo negativo se descompone, lo que hace que el electrodo negativo de carbón de litio de alta actividad se exponga al electrolito para experimentar una reacción de oxidación-reducción violenta, y el calor que ocurre hace que la batería entre en un estado de alto riesgo.

Cuando la temperatura interna de la batería supera los 200 ° C, la película de pasivación en la superficie del electrodo positivo descompone el electrodo positivo para generar oxígeno y continúa reaccionando violentamente con el electrolito para generar una gran cantidad de calor y formar una alta presión interna. . Cuando la temperatura de la batería supera los 240 ° C, se acompaña de una violenta reacción exotérmica entre el electrodo negativo de carbón de litio y el aglutinante.

El problema de la temperatura de las baterías de iones de litio tiene un gran impacto en la seguridad de las baterías de iones de litio. El entorno de uso en sí tiene una cierta temperatura, y la temperatura de la batería de iones de litio también aparecerá cuando se use. Lo importante es que la temperatura tendrá un mayor impacto en la reacción química dentro de la batería de iones de litio. Una temperatura demasiado alta puede incluso dañar la vida útil de la batería de iones de litio y, en casos graves, provocará problemas de seguridad para la batería de iones de litio.

7. Buen rendimiento a baja temperatura

Las baterías de iones de litio tienen un buen rendimiento a baja temperatura, lo que significa que a bajas temperaturas, los iones de litio y los materiales de los electrodos dentro de la batería aún mantienen una alta actividad, una alta capacidad residual, una reducción de la degradación de la capacidad de descarga y una gran tasa de carga permitida.

A medida que desciende la temperatura, la capacidad restante de la batería de iones de litio decae hacia una situación acelerada. Cuanto menor sea la temperatura, más rápido decaerá la capacidad. La carga forzada a bajas temperaturas es extremadamente dañina y es muy fácil causar accidentes térmicos fuera de control. A bajas temperaturas, la actividad de los iones de litio y los materiales activos de los electrodos disminuye, y la velocidad a la que se insertan los iones de litio en el material del electrodo negativo se reduce drásticamente. Cuando la fuente de alimentación externa se carga a una potencia que excede la potencia permitida de la batería, se acumula una gran cantidad de iones de litio alrededor del electrodo negativo, y los iones de litio incrustados en el electrodo son demasiado tarde para obtener electrones y luego depositarlos directamente en el electrodo negativo. superficie del electrodo para formar cristales elementales de litio. La dendrita crece, penetra directamente en el diafragma y perfora el electrodo positivo. Provoca un cortocircuito entre los electrodos positivo y negativo, que a su vez conduce a una fuga térmica.

Además del grave deterioro de la capacidad de descarga, las baterías de iones de litio no se pueden cargar a bajas temperaturas. Durante la carga a baja temperatura, la intercalación de iones de litio en el electrodo de grafito de la batería y la reacción de recubrimiento de litio coexisten y compiten entre sí. En condiciones de baja temperatura, se inhibe la difusión de iones de litio en el grafito y la conductividad del electrolito disminuye, lo que conduce a una disminución en la velocidad de intercalación y hace que sea más probable que se produzca la reacción de recubrimiento de litio en la superficie del grafito. Las principales razones de la disminución de la vida útil de las baterías de iones de litio cuando se utilizan a bajas temperaturas son el aumento de la impedancia interna y la degradación de la capacidad debido a la precipitación de iones de litio.

8. Buena seguridad

La seguridad de las baterías de iones de litio incluye no solo la estabilidad de los materiales internos, sino también la efectividad de las medidas auxiliares de seguridad de la batería. La seguridad de los materiales internos se refiere a los materiales positivos y negativos, diafragma y electrolito, que tienen buena estabilidad térmica, buena compatibilidad entre el electrolito y el material del electrodo, y buena retardancia de llama del propio electrolito. Las medidas auxiliares de seguridad se refieren al diseño de la válvula de seguridad de la celda, el diseño del fusible, el diseño de resistencia sensible a la temperatura y la sensibilidad adecuada. Después de que una sola celda falla, puede evitar que la falla se propague y sirva para fines de aislamiento.

9. Buena consistencia

A través del “efecto barril” entendemos la importancia de la consistencia de la batería. La consistencia se refiere a las celdas de la batería utilizadas en el mismo paquete de baterías, la capacidad, el voltaje de circuito abierto, la resistencia interna, la autodescarga y otros parámetros son extremadamente pequeños y el rendimiento es similar. Si la consistencia de la celda de la batería con su excelente rendimiento no es buena, su superioridad a menudo se suaviza después de que se forma el grupo. Los estudios han demostrado que la capacidad del paquete de baterías después de la agrupación está determinada por la celda de capacidad más pequeña, y la vida útil del paquete de baterías es menor que la vida útil de la celda más corta.