Millised on nõuded kvaliteetsetele liitiumioonakudele? Üldiselt on kõrgekvaliteedilise liitiumioonaku mõõtmise eelduseks pikk kasutusiga, kõrge energiatihedus ja usaldusväärne ohutus. Liitium-ioonakusid kasutatakse praegu kõigis igapäevaelu aspektides, kuid tootja või kaubamärk on erinev. Liitium-ioonakude kasutusiga ja ohutusnäitajad on mõned erinevused, mis on tihedalt seotud tootmisprotsessi standardite ja tootmismaterjalidega; kõrge kvaliteediga liitiumioonide tingimused peavad olema järgmised:

1. Pikk kasutusiga

Teisese aku eluiga sisaldab kahte indikaatorit: tsükli eluiga ja kalendri eluiga. Tsükli eluiga tähendab, et pärast seda, kui aku on läbinud tootja lubatud tsüklite arvu, on järelejäänud mahutavus endiselt suurem või võrdne 80%. Kalendri eluiga tähendab, et järelejäänud võimsus ei tohi olla väiksem kui 80% tootja poolt lubatud aja jooksul, olenemata sellest, kas seda kasutatakse või mitte.

Eluaeg on liitiumakude üks peamisi näitajaid. Ühest küljest on suur aku vahetamine tõesti tülikas ja kasutajakogemus ei ole hea; teisest küljest on elu põhimõtteliselt kuluküsimus.

Liitium-ioonaku eluiga tähendab, et aku mahtuvus väheneb pärast kasutusaega nimimahuni (toatemperatuuril 25 ° C, standardne õhurõhk ja 70% tühjenenud aku mahtuvusest). , ja elu võib pidada elu lõpuks. Tööstuses arvutatakse tsükli eluiga üldiselt täielikult laetud ja tühjendatud liitiumioonakude tsüklite arvu järgi. Kasutamisprotsessis toimub liitium-ioonaku sees pöördumatu elektrokeemiline reaktsioon, mis viib võimsuse vähenemiseni, nagu elektrolüüdi lagunemine, aktiivsete materjalide deaktiveerimine ning positiivsete ja negatiivsete elektroodistruktuuride kokkuvarisemine põhjustada liitiumioonide interkalatsiooni ja deinterkalatsiooni arvu vähenemist. Oota. Katsed näitavad, et suurem tühjenemise kiirus toob kaasa võimsuse kiirema nõrgenemise. Kui tühjendusvool on madal, on aku pinge tasakaalupinge lähedal, mis võib vabastada rohkem energiat.

Kolmekomponendilise liitiumioonaku teoreetiline eluiga on umbes 800 tsüklit, mis on kaubanduslike laetavate liitium-ioonakude seas keskmine. Liitiumraudfosfaat on umbes 2,000 tsüklit, samas kui liitiumtitanaat suudab väidetavalt jõuda 10,000 500 tsüklini. Praegu lubavad peamised akutootjad oma kolmekomponentsete akuelementide spetsifikatsioonides rohkem kui 400 korda (laadimine ja tühjendamine standardtingimustes). Kuid pärast akude kokkupanemist akupakendiks on konsistentsi probleemide tõttu kõige olulisemad tegurid pinge ja sisemine Takistus ei saa olla täpselt sama ja selle tsükli eluiga on umbes 10 korda. Soovitatav SOC kasutusaken on 90% ~ 1000%. Sügavat laadimist ja tühjendamist ei soovitata, vastasel juhul põhjustab see aku positiivsele ja negatiivsele struktuurile pöördumatut kahju. Kui see arvutatakse madala laadimise ja madala tühjenemise järgi, on tsükli eluiga vähemalt 200 korda. Lisaks, kui liitiumioonakusid tühjenetakse sageli suure kiirusega ja kõrge temperatuuriga keskkondades, väheneb aku eluiga drastiliselt, alla XNUMX korra.

2. Vähem hooldust, väiksemad kasutuskulud

Aku enda kilovatt-tunni hind on madal, mis on kõige intuitiivsem kulu. Lisaks eeltoodule sõltub kasutajate jaoks see, kas kulu on tõesti madal, “elektri kogu elutsükli maksumusest”.

„Elektri kogu elutsükli maksumus”, liitium -aku koguvõimsus korrutatakse tsüklite arvuga, et saada kogu aku kogu elutsüklis kasutatav võimsus ja aku koguhind akupakett jagatakse selle summaga, et saada elektrienergia kilovati hind kogu elutsükli jooksul.

Aku hind, millest me tavaliselt räägime, näiteks 1,500 jüaani/kWh, põhineb ainult uue akuelemendi koguenergial. Tegelikult on elektrienergia maksumus eluühiku kohta lõpptarbija otsene kasu. Kõige intuitiivsem tulemus on see, et kui ostate kaks sama võimsusega akut sama hinnaga, jõuab üks pärast 50 -kordse laadimise ja tühjenemise kasutusiga ning teise saab pärast 100 -kordset laadimist ja tühjendamist uuesti kasutada. Need kaks akut on ühe pilguga näha, mis on odavam.

Ausalt öeldes on see pikk kasutusiga, vastupidav ja vähendab kulusid.

Lisaks ülaltoodud kahele kulule tuleks arvestada ka aku hoolduskuluga. Lihtsalt arvestage esialgse maksumusega, valige probleemrakk, hilisemad hoolduskulud ja tööjõukulu on liiga kõrged. Akuelemendi enda hoolduse osas on oluline viidata käsitsi tasakaalustamisele. BMS-i sisseehitatud tasandusfunktsioon on piiratud selle enda kavandatud võrdsustusvoolu suurusega ja see ei pruugi olla võimeline saavutama ideaalset tasakaalu elementide vahel. Aja kogunedes ilmneb akus liigse rõhu erinevuse probleem. Sellistes olukordades tuleb teostada käsitsi võrdsustamine ja liiga madala pingega akuelemente laaditakse eraldi. Mida väiksem on selle olukorra sagedus, seda madalamad on hoolduskulud.

3. Kõrge energiatihedus / suur võimsustihedus

Energiatihedus viitab energiale, mis sisaldub kaaluühikus või mahuühikus; aku keskmise ruumala või massiühiku poolt vabanev elektrienergia. Üldiselt on samas mahus liitium-ioonakude energiatihedus 2.5 korda suurem nikkel-kaadmiumakude omast ja 1.8 korda nikkel-vesinikakude omast. Seega, kui aku maht on võrdne, on liitium-ioonakud paremad kui nikkel-kaadmium- ja nikkel-vesinikpatareid. Väiksem suurus ja kergem kaal.

Aku energiatihedus = aku mahutavus × tühjendusplatvorm / aku paksus / aku laius / aku pikkus.

Võimsustihedus viitab maksimaalse tühjendusvõimsuse väärtusele kaalu- või ruumalaühiku kohta. Maanteesõidukite piiratud ruumis saab ainult energia tihedust suurendades üldist energiat ja koguvõimsust tõhusalt parandada. Lisaks kasutatakse praeguste riiklike toetuste puhul toetuste taseme mõõtmise künniseks energiatihedust ja võimsustihedust, mis tugevdab veelgi tiheduse tähtsust.

Siiski on energiatiheduse ja ohutuse vahel teatav vastuolu. Energiatiheduse kasvades seisab ohutus alati silmitsi uute ja raskemate väljakutsetega.

4. Kõrgepinge

Kuna grafiitelektroode kasutatakse põhiliselt anoodimaterjalina, siis liitiumioonakude pinge määravad peamiselt katoodmaterjalide materjaliomadused. Liitiumraudfosfaadi pinge ülempiir on 3.6 V ning kolmekomponentsete liitium- ja liitiummanganaadi akude maksimumpinge on umbes 4.2 V (järgmine osa selgitab, miks liitium-ioonaku maksimaalne pinge ei tohi ületada 4.2 V ). Kõrgepingeakude arendamine on liitiumioonakude tehniline viis energiatiheduse suurendamiseks. Elementi väljundpinge suurendamiseks on vaja suure potentsiaaliga positiivset elektroodi materjali, madala potentsiaaliga negatiivset elektroodi materjali ja stabiilse kõrge pingega elektrolüüti.

5. Kõrge energiatõhusus

Coulombi efektiivsus, mida nimetatakse ka laadimistõhususeks, viitab aku tühjenemise ja laadimisvõimsuse suhtele sama tsükli jooksul. See tähendab tühjenemise erivõimsuse protsent konkreetse võimsuse laadimiseks.

Positiivse elektroodi materjali puhul on see liitiumi sisestamisvõime / deliitiumi maht, st tühjendusvõimsus / laadimisvõime; negatiivse elektroodi materjali puhul on see liitiumi eemaldamise suutlikkus / liitiumi sisestamise võime, st tühjendusvõime / laadimisvõime.

Laadimisprotsessi käigus muudetakse elektrienergia keemiliseks energiaks ja tühjenemise käigus keemiline energia elektrienergiaks. Elektrienergia sisendis ja väljundis on kahe muundusprotsessi ajal teatav efektiivsus ning see efektiivsus peegeldab otseselt aku jõudlust.

Professionaalse füüsika vaatenurgast on Coulombi efektiivsus ja energiatõhusus erinevad. Üks on elektri suhe ja teine ​​töö suhe.

Aku energiatõhusus ja Coulombi kasutegur, kuid matemaatilise avaldise järgi on nende kahe vahel pingesuhe. Keskmine laadimis- ja tühjenemispinge ei ole võrdne, keskmine tühjenemispinge on üldjuhul väiksem kui keskmine laadimispinge

Aku jõudlust saab hinnata aku energiatõhususe järgi. Energia säästmisel muudetakse kadunud elektrienergia peamiselt soojusenergiaks. Seetõttu saab energiatõhusus analüüsida aku tööprotsessi käigus tekkivat soojust ning seejärel saab analüüsida sisetakistuse ja soojuse vahelist seost. Ja on teada, et energiatõhusus suudab ennustada aku järelejäänud energiat ja hallata aku ratsionaalset kasutamist.

Kuna sageli ei kasutata sisendvõimsust aktiivse materjali laetud olekusse muutmiseks, vaid osa sellest kulub ära (näiteks tekivad pöördumatud kõrvalreaktsioonid), siis jääb Coulombi kasutegur sageli alla 100%. Kuid mis puudutab praegusi liitiumioonakusid, siis Coulombi efektiivsus võib põhimõtteliselt ulatuda 99.9% ja kõrgemale.

Mõjutavad tegurid: elektrolüütide lagunemine, liidese passiveerimine, muutused elektroodide aktiivsete materjalide struktuuris, morfoloogias ja juhtivuses vähendavad Coulombi efektiivsust.

Lisaks väärib mainimist, et aku lagunemine mõjutab Coulombi efektiivsust vähe ja sellel on vähe pistmist temperatuuriga.

Voolutihedus peegeldab voolu suurust pindalaühiku kohta. Kui voolutihedus suureneb, suureneb virnast mööduv vool, pinge efektiivsus väheneb sisemise takistuse tõttu ja Coulombi efektiivsus väheneb kontsentratsiooni polarisatsiooni ja muude põhjuste tõttu. Lõpuks viib see energiatõhususe vähenemiseni.

6. Hea jõudlus kõrgel temperatuuril

Liitium-ioonakudel on hea jõudlus kõrgel temperatuuril, mis tähendab, et aku südamik on kõrgema temperatuuriga keskkonnas ning aku positiivsed ja negatiivsed materjalid, separaatorid ja elektrolüüt võivad samuti säilitada head stabiilsust, töötada normaalselt kõrgetel temperatuuridel ja elu ei kiirene. Kõrge temperatuur ei ole lihtne põhjustada termiliselt põgenevaid õnnetusi.

Liitiumioonaku temperatuur näitab aku termilist olekut ja selle olemus on liitiumioonaku soojuse tekke ja soojusülekande tulemus. Liitium-ioonakude termiliste omaduste ning nende soojuse tekke ja soojusülekande karakteristikute uurimine erinevates tingimustes võib panna meid mõistma liitium-ioonakude sees toimuvate eksotermiliste keemiliste reaktsioonide olulist viisi.

Liitium-ioonakude ebaturvaline käitumine, sealhulgas aku üle- ja tühjenemine, kiire laadimine ja tühjenemine, lühis, mehaanilised väärkasutuse tingimused ja kõrge temperatuuriga termiline šokk, võivad kergesti vallandada ohtlikke kõrvalreaktsioone aku sees ja tekitada kuumust, hävitades otseselt negatiivse ja positiivsed elektroodid Passivatsioonikile pinnal.

Kui raku temperatuur tõuseb 130 °C-ni, laguneb negatiivse elektroodi pinnal olev SEI-kile, põhjustades kõrge aktiivsusega liitium-süsinik-negatiivse elektroodiga kokkupuute elektrolüüdiga, mis läbib ägeda oksüdatsiooni-redutseerimisreaktsiooni ja kuumuse, mis tekib. tekib aku kõrge riskiga olekusse.

Kui aku sisetemperatuur tõuseb üle 200 °C, lagundab positiivse elektroodi pinnal olev passiveerimiskile positiivse elektroodi hapniku tekitamiseks ja jätkab ägedat reaktsiooni elektrolüüdiga, tekitades suures koguses soojust ja moodustades kõrge siserõhu. . Kui aku temperatuur jõuab üle 240°C, kaasneb sellega äge eksotermiline reaktsioon liitium-süsinegatiivse elektroodi ja sideaine vahel.

Liitium-ioonakude temperatuuriprobleemil on suur mõju liitiumioonakude ohutusele. Kasutuskeskkonnal endal on teatud temperatuur ja liitiumioonaku temperatuur ilmneb ka selle kasutamisel. Oluline on see, et temperatuur avaldab suuremat mõju liitiumioonaku sees toimuvale keemilisele reaktsioonile. Liiga kõrge temperatuur võib isegi kahjustada liitium-ioonaku kasutusiga ja rasketel juhtudel põhjustab see liitiumioonaku ohutusprobleeme.

7. Hea madala temperatuuri jõudlus

Liitiumioonakudel on hea jõudlus madalal temperatuuril, mis tähendab, et madalatel temperatuuridel säilitavad aku sees olevad liitiumioonid ja elektroodide materjalid endiselt kõrge aktiivsuse, suure jääkmahtuvuse, väiksema tühjendusvõimsuse halvenemise ja suure lubatud laadimiskiiruse.

Temperatuuri langedes laguneb liitium-ioonaku järelejäänud maht kiirendatud olukorda. Mida madalam on temperatuur, seda kiiremini väheneb võimsus. Madalatel temperatuuridel sunniviisiline laadimine on äärmiselt kahjulik ja termiliselt jooksvaid õnnetusi on väga lihtne põhjustada. Madalatel temperatuuridel väheneb liitiumioonide ja elektroodide aktiivsete materjalide aktiivsus ning liitiumioonide negatiivsesse elektroodimaterjali sisestamise kiirus väheneb oluliselt. Kui välist toiteallikat laetakse võimsusega, mis ületab aku lubatud võimsust, koguneb negatiivse elektroodi ümber suur hulk liitiumioone ja elektroodi sisseehitatud liitiumioonid on liiga hilja, et saada elektrone ja seejärel otse sadestuvad elektroodile. elektroodi pinnale, moodustades liitium -elementaarsed kristallid. Dendriit kasvab, tungib otse diafragmasse ja läbistab positiivse elektroodi. Põhjustab lühise positiivse ja negatiivse elektroodi vahel, mis omakorda viib termilise põgenemiseni.

Lisaks tühjenemisvõime tõsisele halvenemisele ei saa liitium-ioonakusid laadida madalatel temperatuuridel. Madala temperatuuriga laadimise ajal eksisteerivad liitiumioonide interkalatsioon aku grafiitelektroodil ja liitiumi katmise reaktsioon koos ja võistlevad üksteisega. Madala temperatuuri tingimustes on liitiumioonide difusioon grafiidis pärsitud ja elektrolüüdi juhtivus väheneb, mis viib interkalatsiooni kiiruse vähenemiseni ja muudab liitiumioonide katmise reaktsiooni toimumise grafiidi pinnal tõenäolisemaks. Madalatel temperatuuridel kasutatavate liitiumioonakude eluea lühenemise peamised põhjused on sisemise impedantsi suurenemine ja võimsuse vähenemine liitiumioonide sadenemise tõttu.

8. Hea turvalisus

Liitium-ioonakude ohutus ei hõlma mitte ainult sisematerjalide stabiilsust, vaid ka aku ohutuse abimeetmete tõhusust. Sisematerjalide ohutus viitab positiivsetele ja negatiivsetele materjalidele, membraanile ja elektrolüüdile, millel on hea termiline stabiilsus, hea ühilduvus elektrolüüdi ja elektroodimaterjali vahel ning elektrolüüdi enda leegiaeglustus. Ohutusabimeetmed viitavad elemendi kaitseklapi konstruktsioonile, kaitsme konstruktsioonile, temperatuuritundlikule takistuse konstruktsioonile ja sobivale tundlikkusele. Kui üks rakk ebaõnnestub, võib see tõrke leviku ära hoida ja olla isoleeritud.

9. Hea konsistents

“Tünniefekti” kaudu mõistame aku järjepidevuse tähtsust. Järjepidevus viitab samas akupatareis kasutatavatele akuelementidele, võimsus, avatud vooluahela pinge, sisemine takistus, isetühjenemine ja muud parameetrid on äärmiselt väikesed ja jõudlus sarnane. Kui akuelemendi konsistents oma suurepärase jõudlusega ei ole hea, silutakse selle paremus sageli pärast rühma moodustamist. Uuringud on näidanud, et aku mahutavus pärast rühmitamist määratakse väikseima mahutavusega elemendi järgi ja aku kasutusiga on lühem kui lühima elemendi eluiga.