Mitkä ovat korkealaatuisten litiumioniakkujen vaatimukset? Yleisesti ottaen pitkä käyttöikä, korkea energiatiheys ja luotettava turvallisuussuorituskyky ovat korkealaatuisen litiumioniakun mittaamisen edellytyksiä. Litiumioniakkuja käytetään tällä hetkellä kaikilla jokapäiväisen elämän osa-alueilla, mutta valmistaja tai merkki on erilainen. Litiumioniakkujen käyttöiässä ja turvallisuustasossa on eroja, jotka liittyvät läheisesti tuotantoprosessin standardeihin ja tuotantomateriaaleihin. seuraavien edellytysten on oltava korkealaatuisen litiumionin edellytykset;

1. Pitkä käyttöikä

Toissijaisen akun käyttöiässä on kaksi indikaattoria: syklin käyttöikä ja kalenterin käyttöikä. Jakson käyttöikä tarkoittaa, että sen jälkeen, kun akku on kokenut valmistajan lupaaman jaksojen määrän, jäljellä oleva kapasiteetti on edelleen suurempi tai yhtä suuri kuin 80%. Kalenteri-ikä tarkoittaa, että jäljellä oleva kapasiteetti ei saa olla alle 80 % valmistajan lupaamana ajanjaksona riippumatta siitä, käytetäänkö sitä vai ei.

Elinikä on yksi litiumakkujen tehon avainindikaattoreista. Toisaalta iso akun vaihto on todella hankalaa ja käyttökokemus ei ole hyvä; toisaalta pohjimmiltaan elämä on kustannuskysymys.

Litiumioniakun käyttöikä tarkoittaa, että akun kapasiteetti pienenee nimelliskapasiteettiin (huoneenlämpötilassa 25°C, normaalissa ilmanpaineessa ja 70 % akun kapasiteetista purkautuneena 0.2 C:ssa) käytön jälkeen. , ja elämää voidaan pitää elämän lopussa. Teollisuudessa syklin käyttöikä lasketaan yleensä täyteen ladattujen ja purettujen litiumioniakkujen jaksojen lukumäärän perusteella. Käyttöprosessissa litiumioniakun sisällä tapahtuu peruuttamaton sähkökemiallinen reaktio, joka johtaa kapasiteetin laskuun, kuten elektrolyytin hajoamiseen, aktiivisten materiaalien deaktivoitumiseen ja positiivisten ja negatiivisten elektrodirakenteiden romahtamiseen. johtaa litiumionien interkalaation ja deinterkalaation määrän vähenemiseen. Odota. Kokeet osoittavat, että suurempi purkausnopeus johtaa kapasiteetin nopeampaan vaimenemiseen. Jos purkausvirta on alhainen, akun jännite on lähellä tasapainojännitettä, mikä voi vapauttaa enemmän energiaa.

Kolmiosaisen litiumioniakun teoreettinen käyttöikä on noin 800 sykliä, mikä on keskimääräistä kaupallisissa ladattavissa litiumioniakuissa. Litiumrautafosfaatti on noin 2,000 sykliä, kun taas litiumtitanaatin sanotaan pystyvän saavuttamaan 10,000 sykliä. Tällä hetkellä valtavirran akkuvalmistajat lupaavat yli 500 kertaa (lataus ja purkaminen vakioolosuhteissa) kolmiosaisten akkukennojensa spesifikaatioissa. Kuitenkin sen jälkeen, kun akut on koottu akkupakkaukseen, johdonmukaisuusongelmien vuoksi tärkeimmät tekijät ovat jännite ja sisäinen Vastus ei voi olla täsmälleen sama, ja sen käyttöikä on noin 400 kertaa. Suositeltu SOC-käyttöikkuna on 10 % ~ 90 %. Syvä lataamista ja purkamista ei suositella, muuten se vahingoittaa peruuttamattomasti akun positiivista ja negatiivista rakennetta. Jos se lasketaan matalalla latauksella ja matalalla purkauksella, syklin käyttöikä on vähintään 1000 kertaa. Lisäksi, jos litiumioniakkuja puretaan usein nopeasti ja korkeissa lämpötiloissa, akun käyttöikä lyhenee huomattavasti alle 200-kertaiseksi.

2. Vähemmän huoltoa, alhaisemmat käyttökustannukset

Itse akun kilowattituntihinta on alhainen, mikä on intuitiivisin hinta. Edellä mainittujen lisäksi se, onko hinta todella alhainen, riippuu käyttäjille ”sähkön koko elinkaaren hinnasta”.

“Sähkön koko elinkaaren hinta”, litiumakun kokonaisteho kerrotaan jaksojen lukumäärällä, jotta saadaan kokonaisteho, joka voidaan käyttää akun koko elinkaaren aikana, ja akun kokonaishinta. Akku jaetaan tällä summalla, jotta saadaan kilowatin hinta koko elinkaaren ajan.

Akun hinta, josta yleensä puhumme, kuten 1,500 yuania/kWh, perustuu vain uuden akkukennon kokonaisenergiaan. Itse asiassa sähkön hinta elinkaariyksikköä kohti on loppuasiakkaan suora etu. Kaikkein intuitiivisin tulos on, että jos ostat kaksi samalla teholla varustettua akkua samaan hintaan, toisen käyttöikä päättyy 50 latauksen ja purkamisen jälkeen ja toista voidaan käyttää uudelleen 100 latauksen ja purkamisen jälkeen. Nämä kaksi akkua näkyvät yhdellä silmäyksellä, mikä on halvempaa.

Suoraan sanottuna se on pitkäikäinen, kestävä ja alentaa kustannuksia.

Edellä mainittujen kahden kustannusten lisäksi tulee huomioida myös akun ylläpitokustannukset. Harkitse vain alkuperäisiä kustannuksia, valitse ongelmasolu, myöhemmin ylläpitokustannukset ja työvoimakustannukset ovat liian korkeat. Itse akkukennon huollossa on tärkeää viitata manuaaliseen tasapainotukseen. BMS:n sisäänrakennettu taajuuskorjaustoiminto on rajoitettu sen oman suunnitellun taajuuskorjausvirran koon mukaan, eikä se välttämättä pysty saavuttamaan ihanteellista tasapainoa kennojen välillä. Ajan kasvaessa ilmenee akun liiallisen paine-eron ongelma. Tällaisissa tilanteissa on suoritettava manuaalinen taajuuskorjaus ja liian matalajännitteiset akkukennot ladataan erikseen. Mitä harvemmin tämä tilanne esiintyy, sitä pienemmät ovat ylläpitokustannukset.

3. Suuri energiatiheys/suuri tehotiheys

Energiatiheydellä tarkoitetaan paino- tai tilavuusyksikköön sisältyvää energiaa; akun keskimääräisen tilavuuden tai massan vapauttama sähköenergia. Yleensä samassa tilavuudessa litiumioniakkujen energiatiheys on 2.5 kertaa nikkeli-kadmium-akkujen ja 1.8 kertaa nikkeli-vety-akkujen energiatiheys. Siksi, kun akun kapasiteetti on sama, litiumioniakut ovat parempia kuin nikkeli-kadmium- ja nikkeli-vetyakut. Pienempi koko ja kevyempi paino.

Akun energiatiheys = akun kapasiteetti × purkausalusta / akun paksuus / akun leveys / akun pituus.

Tehon tiheys viittaa suurimman purkaustehon arvoon paino- tai tilavuusyksikköä kohti. Maantieajoneuvojen rajoitetussa tilassa kokonaisenergiaa ja kokonaistehoa voidaan parantaa tehokkaasti vain tiheyttä lisäämällä. Lisäksi nykyiset valtiontuet käyttävät tukitason mittauskynnyksenä energiatiheyttä ja tehotiheyttä, mikä vahvistaa entisestään tiheyden merkitystä.

Energiatiheyden ja turvallisuuden välillä on kuitenkin tietty ristiriita. Energiatiheyden kasvaessa turvallisuus kohtaa aina uusia ja vaikeampia haasteita.

4. Korkea jännite

Koska grafiittielektrodeja käytetään periaatteessa anodimateriaaleina, litiumioniakkujen jännite määräytyy pääasiassa katodimateriaalien materiaaliominaisuuksien mukaan. Litiumrautafosfaatin jännitteen yläraja on 3.6 V ja kolmikomponenttien litium- ja litiummanganaattiakkujen maksimijännite on noin 4.2 V (seuraava osa selittää, miksi litiumioniakun maksimijännite ei voi ylittää 4.2 V ). Suurjänniteakkujen kehittäminen on tekninen tapa litiumioniakkuille lisätä energiatiheyttä. Kennon lähtöjännitteen lisäämiseksi tarvitaan korkeapotentiaalinen positiivinen elektrodimateriaali, matalapotentiaalinen negatiivinen elektrodimateriaali ja stabiili korkeajännite elektrolyytti.

5. Korkea energiatehokkuus

Coulombin tehokkuus, jota kutsutaan myös lataustehokkuudella, viittaa akun purkauskapasiteetin ja latauskapasiteetin suhdetta saman jakson aikana. Toisin sanoen purkauskapasiteetin prosenttiosuus tietyn kapasiteetin lataamiseen.

Positiivisen elektrodimateriaalin osalta se on litiumin lisäyskapasiteetti/delitiumkapasiteetti, eli purkauskapasiteetti/varauskapasiteetti; negatiivisen elektrodimateriaalin osalta se on litiumin poistokapasiteetti/litiumin lisäyskapasiteetti, eli purkauskapasiteetti/varauskapasiteetti.

Latausprosessin aikana sähköenergia muuttuu kemialliseksi energiaksi ja purkausprosessissa kemiallinen energia sähköenergiaksi. Sähköenergian syötössä ja lähdössä on tietty hyötysuhde kahden muunnosprosessin aikana, ja tämä hyötysuhde heijastaa suoraan akun suorituskykyä.

Ammattifysiikan näkökulmasta Coulombin hyötysuhde ja energiatehokkuus ovat erilaisia. Toinen on sähkön suhde ja toinen työn suhde.

Akun energiatehokkuus ja Coulombin hyötysuhde, mutta matemaattisen lausekkeen perusteella näiden kahden välillä on jännitesuhde. Keskimääräinen varaus- ja purkausjännite ei ole sama, purkausjännite on yleensä pienempi kuin keskimääräinen varausjännite

Akun suorituskykyä voidaan arvioida akun energiatehokkuuden perusteella. Energian säästämisen vuoksi menetetty sähköenergia muuttuu pääasiassa lämpöenergiaksi. Siksi energiatehokkuus voi analysoida akun tuottamaa lämpöä työprosessin aikana ja sitten sisäisen vastuksen ja lämmön välistä suhdetta. Ja tiedetään, että energiatehokkuudella voidaan ennustaa akun jäljellä olevaa energiaa ja hallita akun järkevää käyttöä.

Koska syöttötehoa ei usein käytetä aktiivisen materiaalin muuntamiseen varautuneeseen tilaan, vaan osa siitä kuluu (esim. tapahtuu peruuttamattomia sivureaktioita), Coulombin hyötysuhde on usein alle 100 %. Mutta nykyisten litiumioniakkujen osalta Coulombin hyötysuhde voi periaatteessa olla 99.9% tai enemmän.

Vaikuttavat tekijät: elektrolyytin hajoaminen, rajapinnan passivointi, muutokset elektrodiaktiivisten materiaalien rakenteessa, morfologiassa ja johtavuudessa vähentävät Coulombin tehokkuutta.

Lisäksi on syytä mainita, että akun heikkenemisellä on vain vähän vaikutusta Coulombin tehokkuuteen ja sillä on vähän tekemistä lämpötilan kanssa.

Virran tiheys heijastaa kulkevan virran kokoa pinta-alayksikköä kohti. Kun virrantiheys kasvaa, pinon läpi kulkeva virta kasvaa, jännitteen hyötysuhde laskee sisäisen resistanssin vuoksi ja Coulombin hyötysuhde pienenee pitoisuuspolarisaation ja muiden syiden vuoksi. Lopulta se johtaa energiatehokkuuden laskuun.

6. Hyvä korkean lämpötilan suorituskyky

Litiumioniakuilla on hyvä suorituskyky korkeissa lämpötiloissa, mikä tarkoittaa, että akun ydin on korkeammassa lämpötilassa, ja akun positiiviset ja negatiiviset materiaalit, erottimet ja elektrolyytti voivat myös säilyttää hyvän vakauden, voivat toimia normaalisti korkeissa lämpötiloissa ja elämä ei kiihdy. Korkea lämpötila ei ole helppo aiheuttaa lämpöonnettomuuksia.

Litiumioniakun lämpötila näyttää akun lämpötilan, ja sen ydin on litiumioniakun lämmöntuoton ja lämmönsiirron tulos. Litiumioniakkujen lämpöominaisuuksien ja niiden lämmöntuotto- ja lämmönsiirto-ominaisuuksien tutkiminen eri olosuhteissa voi saada meidät ymmärtämään tärkeän tavan eksotermisten kemiallisten reaktioiden suorittamiseksi litiumioniakkujen sisällä.

Litiumioniakkujen vaarallinen toiminta, mukaan lukien akun yli- ja ylilataus, nopea lataus ja purkautuminen, oikosulku, mekaaniset väärinkäytökset ja korkean lämpötilan lämpöshokki, voivat helposti laukaista vaarallisia sivureaktioita akun sisällä ja tuottaa lämpöä, mikä tuhoaa suoraan negatiivisen ja positiiviset elektrodit Passivointikalvo pinnalla.

Kun kennon lämpötila kohoaa 130 °C:seen, negatiivisen elektrodin pinnalla oleva SEI-kalvo hajoaa, jolloin korkea-aktiivinen litiumhiili negatiivinen elektrodi altistuu elektrolyytille, jolloin se käy läpi voimakkaan hapetus-pelkistysreaktion, ja lämpö, ​​joka saa akun siirtymään suuren riskin tilaan.

Kun akun sisäinen lämpötila nousee yli 200 ° C, positiivisella elektrodipinnalla oleva passiivikalvo hajottaa positiivisen elektrodin hapen muodostamiseksi ja reagoi edelleen kiivaasti elektrolyytin kanssa, jolloin muodostuu suuri määrä lämpöä ja muodostuu korkea sisäinen paine . Kun akun lämpötila nousee yli 240 °C, siihen liittyy voimakas eksoterminen reaktio litiumhiilinegatiivisen elektrodin ja sideaineen välillä.

Litiumioniakkujen lämpötilaongelmalla on suuri vaikutus litiumioniakkujen turvallisuuteen. Itse käyttöympäristössä on tietty lämpötila, ja myös litiumioniakun lämpötila näkyy käytettäessä. Tärkeää on, että lämpötilalla on suurempi vaikutus litiumioniakun sisällä tapahtuvaan kemialliseen reaktioon. Liian korkea lämpötila voi jopa vahingoittaa litiumioniakun käyttöikää, ja vakavissa tapauksissa se aiheuttaa turvallisuusongelmia litiumioniakulle.

7. Hyvä suorituskyky alhaisessa lämpötilassa

Litiumioniakuilla on hyvä suorituskyky alhaisissa lämpötiloissa, mikä tarkoittaa, että alhaisissa lämpötiloissa akun sisällä olevat litiumioni- ja elektrodimateriaalit säilyttävät edelleen korkean aktiivisuuden, suuren jäännöskapasiteetin, pienentävät purkauskapasiteetin heikkenemistä ja suuren sallitun latausnopeuden.

Kun lämpötila laskee, litiumioniakun jäljellä oleva kapasiteetti heikkenee kiihtyvään tilanteeseen. Mitä alhaisempi lämpötila, sitä nopeammin kapasiteetti heikkenee. Pakkolataus matalissa lämpötiloissa on erittäin haitallista, ja siitä on erittäin helppo aiheuttaa lämpöiskuja. Alhaisissa lämpötiloissa litiumionien ja elektrodien aktiivisten materiaalien aktiivisuus vähenee ja nopeus, jolla litiumionit työnnetään negatiiviseen elektrodimateriaaliin, vähenee voimakkaasti. Kun ulkoista virtalähdettä ladataan akun sallitun tehon ylittävällä teholla, negatiivisen elektrodin ympärille kerääntyy suuri määrä litium -ioneja ja elektrodiin upotetut litiumionit ovat liian myöhäisiä hankkimaan elektroneja ja sitten kertymään suoraan elektrodin pintaan litiumalkuainekiteiden muodostamiseksi. Dendriitti kasvaa, tunkeutuu suoraan diafragmaan ja lävistää positiivisen elektrodin. Aiheuttaa oikosulun positiivisen ja negatiivisen elektrodin välillä, mikä puolestaan ​​johtaa lämpökarkaamiseen.

Purkauskapasiteetin vakavan heikkenemisen lisäksi litiumioniakkuja ei voida ladata alhaisissa lämpötiloissa. Matalan lämpötilan latauksen aikana litiumionien interkalaatio akun grafiittielektrodilla ja litiumpinnoitusreaktio esiintyvät rinnakkain ja kilpailevat keskenään. Alhaisissa lämpötiloissa litiumionien diffuusio grafiitissa estyy ja elektrolyytin johtavuus heikkenee, mikä johtaa interkalaationopeuden laskuun ja tekee litiumpinnoitusreaktiosta todennäköisemmin tapahtuvan grafiitin pinnalla. Tärkeimmät syyt litiumioniakkujen käyttöiän lyhenemiseen alhaisissa lämpötiloissa käytettäessä ovat sisäisen impedanssin kasvu ja kapasiteetin heikkeneminen litiumionien saostumisen vuoksi.

8. Hyvä turvallisuus

Litiumioniakkujen turvallisuuteen sisältyy sisäisten materiaalien stabiilisuuden lisäksi myös akkuturvallisuuden lisätoimenpiteiden tehokkuus. Sisäisten materiaalien turvallisuus viittaa positiivisiin ja negatiivisiin materiaaleihin, kalvoon ja elektrolyyttiin, joilla on hyvä lämpöstabiilius, hyvä yhteensopivuus elektrolyytin ja elektrodimateriaalin välillä ja hyvä elektrolyytin palonesto. Turvallisuusaputoimenpiteet viittaavat kennon varoventtiilin suunnitteluun, sulakkeen suunnitteluun, lämpötilaherkän vastuksen suunnitteluun ja herkkyyteen. Kun yksi kenno on vioittunut, se voi estää vian leviämisen ja palvella eristystarkoitusta.

9. Hyvä johdonmukaisuus

“Tynnyriefektin” avulla ymmärrämme akun johdonmukaisuuden tärkeyden. Johdonmukaisuus viittaa samassa akussa käytettyihin akkukennoihin, kapasiteetti, avoimen piirin jännite, sisäinen vastus, itsepurkautuminen ja muut parametrit ovat erittäin pieniä ja suorituskyky on samanlainen. Jos akkukennon konsistenssi omalla erinomaisella suorituskyvyllään ei ole hyvä, sen ylivoima usein tasoittuu ryhmän muodostamisen jälkeen. Tutkimukset ovat osoittaneet, että akun kapasiteetti ryhmittelyn jälkeen määräytyy pienimmän kapasiteetin solun mukaan ja akun käyttöikä on lyhyempi kuin lyhimmän kennon käyttöikä.