باتری های لیتیوم یون با کیفیت بالا چه شرایطی دارند؟ به طور کلی، عمر طولانی، چگالی انرژی بالا و عملکرد ایمنی قابل اعتماد پیش نیازهای اندازه گیری باتری لیتیوم یون با کیفیت بالا هستند. باتری های لیتیوم یونی در حال حاضر در همه جنبه های زندگی روزمره استفاده می شوند ، اما سازنده یا مارک متفاوت است. تفاوت هایی در عمر مفید و ایمنی باتری های لیتیوم یون وجود دارد که با استانداردهای فرآیند تولید و مواد تولیدی ارتباط تنگاتنگی دارد. شرایط زیر باید شرایط لازم برای یون لیتیوم با کیفیت بالا باشد.

1 عمر طولانی

عمر باتری ثانویه شامل دو شاخص است: عمر چرخه و عمر تقویم. عمر چرخه به این معنی است که پس از تجربه باتری تعداد چرخه های وعده داده شده توسط سازنده ، ظرفیت باقی مانده هنوز بیشتر یا مساوی 80 درصد است. عمر تقویمی به این معنی است که ظرفیت باقیمانده نباید کمتر از 80٪ در بازه زمانی وعده داده شده توسط سازنده باشد، صرف نظر از اینکه از آن استفاده می شود یا خیر.

عمر یکی از شاخص های کلیدی قدرت باتری های لیتیوم است. از یک طرف، اقدام بزرگ تعویض باتری واقعاً دردسرساز است و تجربه کاربر خوب نیست. از سوی دیگر ، اساساً زندگی یک مسئله هزینه است.

عمر باتری لیتیوم یونی به این معنی است که ظرفیت باتری به ظرفیت اسمی (در دمای اتاق 25 درجه سانتی گراد ، فشار اتمسفر استاندارد و 70 درصد ظرفیت باتری در دمای 0.2 درجه سانتی گراد) پس از مدتی استفاده کاهش می یابد. ، و می توان زندگی را پایان زندگی دانست. در صنعت ، عمر چرخه به طور کلی با تعداد چرخه های باتری های لیتیوم یون کاملاً شارژ و تخلیه محاسبه می شود. در فرآیند استفاده ، یک واکنش الکتروشیمیایی برگشت ناپذیر در داخل باتری لیتیوم-یون رخ می دهد که منجر به کاهش ظرفیت می شود ، مانند تجزیه الکترولیت ، غیرفعال شدن مواد فعال و فروپاشی ساختار الکترودهای مثبت و منفی منجر به کاهش تعداد یونهای لیتیوم و کاهش و کاهش آن می شود. صبر کن. آزمایشات نشان می دهد که میزان بیشتری از تخلیه منجر به کاهش سریعتر ظرفیت می شود. اگر جریان تخلیه کم باشد ، ولتاژ باتری نزدیک به ولتاژ تعادلی است که می تواند انرژی بیشتری آزاد کند.

عمر نظری باتری لیتیوم یون سه تایی حدود 800 سیکل است که در میان باتری های لیتیوم یونی قابل شارژ تجاری متوسط ​​است. فسفات آهن لیتیوم حدود 2,000 چرخه است ، در حالی که گفته می شود لیتیم تیتانات می تواند به 10,000 چرخه برسد. در حال حاضر، سازندگان اصلی باتری بیش از 500 بار (شارژ و دشارژ در شرایط استاندارد) در مشخصات سلول های باتری سه تایی خود قول می دهند. با این حال ، پس از جمع شدن باتری ها در یک بسته باتری ، به دلیل مسائل مربوط به سازگاری ، مهمترین عوامل ولتاژ و داخلی است مقاومت نمی تواند دقیقاً یکسان باشد و عمر چرخه آن حدود 400 برابر است. پنجره استفاده از SOC توصیه شده 10٪ تا 90٪ است. شارژ و دشارژ عمیق توصیه نمی شود، در غیر این صورت آسیب های جبران ناپذیری به ساختار مثبت و منفی باتری وارد می کند. اگر با شارژ کم و تخلیه کم عمق محاسبه شود ، عمر چرخه حداقل 1000 برابر خواهد بود. علاوه بر این ، اگر باتری های لیتیوم یونی اغلب در محیط های با سرعت بالا و دمای بالا تخلیه شوند ، عمر باتری به شدت به کمتر از 200 برابر کاهش می یابد.

2. نگهداری کمتر، هزینه استفاده کمتر

باتری خود قیمت پایینی در هر کیلووات ساعت دارد که بصری ترین هزینه است. علاوه بر موارد ذکر شده، برای کاربران، اینکه آیا هزینه واقعاً پایین است یا خیر، به «هزینه چرخه عمر کامل برق» بستگی دارد.

“هزینه چرخه عمر کامل برق”، توان کل باتری لیتیومی قدرت در تعداد چرخه ضرب می شود تا کل توانی که می تواند در چرخه عمر کامل باتری استفاده شود و قیمت کل باتری به دست می آید. بسته باتری بر این مقدار تقسیم می شود تا قیمت هر کیلووات برق در چرخه عمر کامل بدست آید.

قیمت باتری که معمولاً در مورد آن صحبت می کنیم، مانند 1,500 یوان در کیلووات ساعت، تنها بر اساس کل انرژی سلول باتری جدید است. در حقیقت ، هزینه برق در واحد زندگی ، سود مستقیم مشتری نهایی است. بصری ترین نتیجه این است که اگر دو بسته باتری با قدرت یکسان را با قیمت یکسان خریداری کنید، یکی پس از 50 بار شارژ و دشارژ به پایان عمر می رسد و دیگری پس از 100 بار شارژ و دشارژ قابل استفاده مجدد است. این دو بسته باتری را می توان در یک نگاه دید که ارزانتر است.

به صراحت بگوییم، عمر طولانی، بادوام است و هزینه ها را کاهش می دهد.

علاوه بر دو هزینه فوق باید هزینه نگهداری باتری را نیز در نظر گرفت. به سادگی هزینه اولیه را در نظر بگیرید، سلول مشکل را انتخاب کنید، هزینه نگهداری بعدی و هزینه نیروی کار بسیار زیاد است. در مورد نگهداری خود سلول باتری ، مهم است که به تعادل دستی مراجعه کنید. عملکرد یکسان سازی BMS با اندازه جریان برابر کننده طراحی خود محدود است و ممکن است نتواند به تعادل ایده آل بین سلول ها برسد. با گذشت زمان ، مشکل اختلاف فشار بیش از حد در بسته باتری رخ می دهد. در چنین شرایطی، یکسان سازی دستی باید انجام شود و سلول های باتری با ولتاژ بسیار کم به طور جداگانه شارژ می شوند. هرچه فرکانس این وضعیت کمتر باشد ، هزینه نگهداری نیز کمتر می شود.

3. چگالی انرژی بالا / چگالی توان بالا

چگالی انرژی به انرژی موجود در واحد وزن یا واحد حجم اشاره دارد. انرژی الکتریکی آزاد شده توسط حجم واحد یا جرم یک باتری. به طور کلی ، در همان حجم ، چگالی انرژی باتری های لیتیوم یون 2.5 برابر باتری های نیکل-کادمیوم و 1.8 برابر باتری های نیکل-هیدروژن است. بنابراین، زمانی که ظرفیت باتری برابر باشد، باتری های لیتیوم یونی بهتر از باتری های نیکل-کادمیم و نیکل-هیدروژن خواهند بود. اندازه کوچکتر و وزن کمتری دارد.

چگالی انرژی باتری = ظرفیت باتری platform سکوی تخلیه/ضخامت باتری/عرض باتری/طول باتری.

چگالی توان به مقدار حداکثر توان تخلیه در واحد وزن یا حجم اشاره دارد. در فضای محدود وسایل نقلیه جاده ای، تنها با افزایش تراکم می توان انرژی کلی و توان کلی را به طور موثر بهبود بخشید. علاوه بر این، یارانه های دولتی فعلی از چگالی انرژی و چگالی توان به عنوان آستانه برای اندازه گیری سطح یارانه ها استفاده می کنند که اهمیت تراکم را بیشتر تقویت می کند.

با این حال ، تضاد خاصی بین چگالی انرژی و ایمنی وجود دارد. با افزایش چگالی انرژی، ایمنی همیشه با چالش های جدیدتر و سخت تری مواجه خواهد شد.

4. ولتاژ بالا

از آنجا که الکترودهای گرافیت اساساً به عنوان مواد آند استفاده می شوند ، ولتاژ باتری های لیتیوم یونی عمدتا با ویژگی های مواد مواد کاتد تعیین می شود. حد بالایی ولتاژ آهن لیتیوم فسفات 3.6 ولت است و حداکثر ولتاژ باتری های سه تایی لیتیوم و منگنات لیتیوم حدود 4.2 ولت است (قسمت بعدی توضیح می دهد که چرا حداکثر ولتاژ باتری لیتیوم یون نمی تواند از 4.2 ولت بیشتر شود ) توسعه باتری های ولتاژ بالا یک مسیر فنی برای باتری های لیتیوم یونی برای افزایش چگالی انرژی است. برای افزایش ولتاژ خروجی سلول ، مواد الکترود مثبت با پتانسیل بالا ، مواد الکترود منفی با پتانسیل پایین و الکترولیت با ولتاژ بالا پایدار مورد نیاز است.

5. بهره وری انرژی بالا

بازدهی کولن که کارآیی شارژ نیز نامیده می شود ، به نسبت ظرفیت تخلیه باتری به ظرفیت شارژ در همان چرخه اشاره دارد. یعنی درصد تخلیه ظرفیت خاص برای شارژ ظرفیت خاص.

برای مواد الکترود مثبت ، ظرفیت درج لیتیوم/ظرفیت دلیتیوم ، یعنی ظرفیت تخلیه/ظرفیت بار است. برای مواد الکترود منفی ، ظرفیت حذف لیتیوم/ظرفیت درج لیتیوم ، یعنی ظرفیت تخلیه/ظرفیت بار است.

در طول فرآیند شارژ ، انرژی الکتریکی به انرژی شیمیایی و در طول فرآیند تخلیه ، انرژی شیمیایی به انرژی الکتریکی تبدیل می شود. کارایی خاصی در ورودی و خروجی انرژی الکتریکی در طول دو فرایند تبدیل وجود دارد و این کارایی به طور مستقیم عملکرد باتری را نشان می دهد.

از دیدگاه فیزیک حرفه ای ، کارایی کولنب و بهره وری انرژی متفاوت است. یکی نسبت برق و دیگری نسبت کار است.

بازده انرژی باتری ذخیره سازی و کارایی کولن ، اما از نظر ریاضی ، رابطه ولتاژ بین این دو وجود دارد. متوسط ​​ولتاژ شارژ و دشارژ برابر نیست، متوسط ​​ولتاژ تخلیه به طور کلی کمتر از متوسط ​​ولتاژ شارژ است.

عملکرد باتری را می توان با بهره وری انرژی باتری قضاوت کرد. از بقای انرژی، انرژی الکتریکی از دست رفته عمدتاً به انرژی گرمایی تبدیل می شود. بنابراین، بازده انرژی می تواند گرمای تولید شده توسط باتری را در طول فرآیند کار تجزیه و تحلیل کند و سپس رابطه بین مقاومت داخلی و گرما را می توان تجزیه و تحلیل کرد. و مشخص است که بهره وری انرژی می تواند انرژی باقیمانده باتری را پیش بینی کند و استفاده منطقی از باتری را مدیریت کند.

از آنجایی که توان ورودی اغلب برای تبدیل ماده فعال به حالت باردار استفاده نمی شود، اما بخشی از آن مصرف می شود (مثلاً واکنش های جانبی برگشت ناپذیر رخ می دهد)، بنابراین بازده کولن اغلب کمتر از 100٪ است. اما در مورد باتری های لیتیوم یونی فعلی ، بازده کولن اساساً می تواند به 99.9 and و بالاتر برسد.

عوامل مencingثر: تجزیه الکترولیت ها ، غیرفعال بودن واسط ، تغییرات در ساختار ، مورفولوژی و رسانایی مواد فعال الکترود ، کارایی کولن را کاهش می دهد.

علاوه بر این ، شایان ذکر است که پوسیدگی باتری تأثیر کمی بر بازدهی کولن دارد و ارتباط چندانی با دما ندارد.

چگالی جریان نشان دهنده اندازه عبور جریان در واحد سطح است. با افزایش چگالی جریان ، جریان عبوری از پشته افزایش می یابد ، راندمان ولتاژ به دلیل مقاومت داخلی کاهش می یابد و بازده کولنم به دلیل قطبش غلظت و دلایل دیگر کاهش می یابد. در نهایت منجر به کاهش بهره وری انرژی می شود.

6. عملکرد خوب در دمای بالا

باتری‌های لیتیوم یون عملکرد خوبی در دمای بالا دارند، به این معنی که هسته باتری در محیط دمای بالاتر قرار دارد و مواد مثبت و منفی باتری، جداکننده‌ها و الکترولیت نیز می‌توانند پایداری خوبی داشته باشند، می‌توانند به طور معمول در دماهای بالا کار کنند. زندگی تسریع نخواهد شد دمای بالا به راحتی نمی تواند باعث حوادث حرارتی شود.

دمای باتری لیتیوم-یون وضعیت حرارتی باتری را نشان می دهد و جوهر آن نتیجه تولید گرما و انتقال حرارت باتری لیتیوم-یون است. مطالعه ویژگی های حرارتی باتری های لیتیوم یونی ، و ویژگی های تولید حرارت و انتقال حرارت آنها در شرایط مختلف ، می تواند ما را در راه مهم واکنش های شیمیایی گرمازا درون باتری های لیتیوم یونی درک کند.

رفتارهای ناایمن باتری های لیتیوم یونی ، از جمله شارژ و تخلیه بیش از حد باتری ، شارژ و تخلیه سریع ، اتصال کوتاه ، شرایط سوء استفاده مکانیکی و شوک حرارتی در دمای بالا ، به راحتی می تواند واکنشهای جانبی خطرناک را در داخل باتری ایجاد کرده و گرما تولید کند و مستقیماً منفی و الکترودهای مثبت فیلم Passivation روی سطح.

هنگامی که دمای سلول به 130 درجه سانتیگراد افزایش می یابد، لایه SEI روی سطح الکترود منفی تجزیه می شود و باعث می شود که الکترود کربن منفی لیتیومی با فعالیت بالا در معرض الکترولیت قرار گیرد تا تحت یک واکنش شدید اکسیداسیون – کاهش قرار گیرد و گرما رخ می دهد باعث می شود باتری وارد یک وضعیت پرخطر شود.

هنگامی که دمای داخلی باتری از 200 درجه سانتیگراد بالاتر می رود ، لایه غیرفعال روی سطح الکترود مثبت ، الکترود مثبت را برای تولید اکسیژن تجزیه می کند و به واکنش شدید با الکترولیت برای تولید مقدار زیادی گرما و ایجاد فشار داخلی بالا ادامه می دهد. به هنگامی که دمای باتری به بیش از 240 درجه سانتی گراد می رسد ، با یک واکنش گرمازا شدید بین الکترود منفی کربن لیتیوم و اتصال دهنده همراه می شود.

مشکل دمای باتری های لیتیوم-یون تاثیر زیادی بر ایمنی باتری های لیتیوم-یون دارد. محیط استفاده خود دمای مشخصی دارد و دمای باتری لیتیوم یونی نیز هنگام استفاده ظاهر می شود. نکته مهم این است که دما تأثیر بیشتری بر واکنش شیمیایی داخل باتری لیتیوم-یون خواهد داشت. دمای بسیار بالا حتی می تواند به عمر مفید باتری لیتیوم-یون آسیب برساند و در موارد شدید ، مشکلات ایمنی را برای باتری لیتیوم-یونی ایجاد می کند.

7. عملکرد خوب در دمای پایین

باتری های لیتیوم یونی عملکرد خوبی در دمای پایین دارند ، به این معنی که در دمای پایین ، یونهای لیتیوم و مواد الکترود داخل باتری همچنان فعالیت بالا ، ظرفیت باقیمانده بالا ، کاهش تخلیه ظرفیت تخلیه و سرعت زیاد مجاز شارژ را حفظ می کنند.

با کاهش دما، ظرفیت باقی‌مانده باتری لیتیوم یونی به یک وضعیت شتاب‌زده تبدیل می‌شود. هرچه دما پایین تر باشد، ظرفیت سریعتر کاهش می یابد. شارژ اجباری در دماهای پایین بسیار مضر است و باعث ایجاد تصادفات حرارتی بسیار آسان می شود. در دماهای پایین ، فعالیت یون های لیتیوم و مواد فعال الکترود کاهش می یابد و میزان ورود یون های لیتیوم به مواد الکترود منفی به شدت کاهش می یابد. هنگامی که منبع تغذیه خارجی با قدرتی فراتر از توان مجاز باتری شارژ می شود ، مقدار زیادی یون لیتیوم در اطراف الکترود منفی جمع می شود و یون های لیتیوم تعبیه شده در الکترود برای دریافت الکترون ها بسیار دیر شده و سپس مستقیماً روی آن قرار می گیرند. سطح الکترود برای تشکیل بلورهای عنصری لیتیوم. دندریت رشد می کند ، مستقیماً در دیافراگم نفوذ می کند و الکترود مثبت را سوراخ می کند. باعث ایجاد اتصال کوتاه بین الکترودهای مثبت و منفی می شود که به نوبه خود منجر به فرار حرارتی می شود.

علاوه بر بدتر شدن شدید ظرفیت تخلیه، باتری های لیتیوم یونی را نمی توان در دمای پایین شارژ کرد. در حین شارژ در دمای پایین ، تداخل یون های لیتیوم روی الکترود گرافیت باتری و واکنش آبکاری لیتیوم همزمان بوده و با یکدیگر رقابت می کنند. در شرایط دمای پایین، انتشار یون‌های لیتیوم در گرافیت مهار می‌شود و رسانایی الکترولیت کاهش می‌یابد که منجر به کاهش نرخ درون‌یابی می‌شود و باعث می‌شود واکنش آبکاری لیتیوم روی سطح گرافیت رخ دهد. دلایل اصلی کاهش عمر باتری های لیتیوم یونی هنگام استفاده در دماهای پایین ، افزایش امپدانس داخلی و تخریب ظرفیت به دلیل بارندگی یون های لیتیوم است.

8. امنیت خوب

ایمنی باتری های لیتیوم یون نه تنها شامل پایداری مواد داخلی، بلکه اثربخشی اقدامات کمکی ایمنی باتری نیز می شود. ایمنی مواد داخلی به مواد مثبت و منفی ، دیافراگم و الکترولیت اشاره دارد که دارای پایداری حرارتی خوب ، سازگاری خوب بین الکترولیت و مواد الکترود و شعله عقب ماندگی خوب خود الکترولیت هستند. اقدامات کمکی ایمنی به طراحی شیر ایمنی سلول، طراحی فیوز، طراحی مقاومت حساس به دما و حساسیت مناسب اشاره دارد. پس از از کار افتادن یک سلول، می تواند از گسترش گسل جلوگیری کند و هدف ایزوله را انجام دهد.

9. سازگاری خوب

از طریق “اثر بشکه” ما اهمیت سازگاری باتری را درک می کنیم. سازگاری به سلولهای باتری مورد استفاده در یک بسته باتری اشاره دارد ، ظرفیت ، ولتاژ مدار باز ، مقاومت داخلی ، تخلیه خودکار و سایر پارامترها بسیار کم است ، و عملکرد مشابه است. اگر سازگاری سلول باتری با عملکرد عالی خود خوب نباشد ، برتری آن اغلب پس از تشکیل گروه هموار می شود. مطالعات نشان داده است که ظرفیت بسته باتری پس از گروه بندی با کمترین ظرفیت سلول تعیین می شود و عمر بسته باتری کمتر از عمر کوتاه ترین سلول است.