Mik a követelmények a jó minőségű lítium-ion akkumulátorokkal szemben? Általánosságban elmondható, hogy a jó minőségű lítium-ion akkumulátor mérésének előfeltétele a hosszú élettartam, a nagy energiasűrűség és a megbízható biztonsági teljesítmény. A lítium-ion akkumulátorokat jelenleg a mindennapi élet minden területén használják, de a gyártó vagy a márka eltérő. Vannak bizonyos különbségek a lítium-ion akkumulátorok élettartamában és biztonsági teljesítményében, amelyek szorosan kapcsolódnak a gyártási folyamat szabványaihoz és a gyártási anyagokhoz; a következő feltételeknek kell megfelelniük a jó minőségű lítium-ion feltételeinek;

1. Hosszú élettartam

A másodlagos akkumulátor élettartama két mutatót tartalmaz: a ciklus élettartamát és a naptári élettartamot. A ciklus élettartama azt jelenti, hogy miután az akkumulátor átélte a gyártó által ígért ciklusszámot, a fennmaradó kapacitás még mindig nagyobb vagy egyenlő, mint 80%. A naptári élettartam azt jelenti, hogy a fennmaradó kapacitás nem lehet kevesebb 80%-nál a gyártó által ígért időn belül, függetlenül attól, hogy használják-e vagy sem.

Az élettartam a lítium akkumulátorok teljesítményének egyik fő mutatója. Egyrészt a nagy akció az akkumulátor cseréje nagyon kellemetlen, és a felhasználói élmény sem jó; másrészt alapvetően az élet költségkérdés.

A lítium-ion akkumulátor élettartama azt jelenti, hogy az akkumulátor kapacitása a névleges kapacitásra csökken (25°C-os szobahőmérsékleten, normál légköri nyomáson, és az akkumulátor kapacitásának 70%-a 0.2 C-on lemerül) egy használati idő után. , és az élet az élet végének tekinthető. Az iparban a ciklus élettartamát általában a teljesen feltöltött és lemerült lítium-ion akkumulátorok ciklusainak száma alapján számítják ki. A használat során a lítium-ion akkumulátor belsejében visszafordíthatatlan elektrokémiai reakció megy végbe, ami a kapacitás csökkenéséhez vezet, mint például az elektrolit lebomlása, az aktív anyagok deaktiválódása, valamint a pozitív és negatív elektródaszerkezetek összeomlása. a lítium-ionok interkalációja és deinterkalációja számának csökkenéséhez vezet. Várjon. A kísérletek azt mutatják, hogy a nagyobb kisülési sebesség a kapacitás gyorsabb csillapítását eredményezi. Ha a kisülési áram alacsony, az akkumulátor feszültsége közel lesz az egyensúlyi feszültséghez, ami több energiát szabadíthat fel.

A háromkomponensű lítium-ion akkumulátor elméleti élettartama körülbelül 800 ciklus, ami közepesnek számít a kereskedelemben kapható újratölthető lítium-ion akkumulátorok között. A lítium-vas-foszfát körülbelül 2,000, míg a lítium-titanát állítólag 10,000 500 ciklust képes elérni. Jelenleg a mainstream akkumulátorgyártók több mint 400-szori (normál körülmények között történő töltést és kisütést) ígérnek háromkomponensű akkumulátorcelláik specifikációiban. Az akkumulátorok akkumulátorcsomagba szerelése után azonban konzisztenciaproblémák miatt a legfontosabb tényezők a feszültség és a belső. Az ellenállás nem lehet pontosan egyforma, és a ciklus élettartama körülbelül 10-szoros. Az ajánlott SOC használati időtartam 90% ~ 1000%. A mélytöltés és kisütés nem javasolt, ellenkező esetben visszafordíthatatlan károsodást okoz az akkumulátor pozitív és negatív szerkezetében. Ha sekély töltéssel és sekély kisütéssel számoljuk, a ciklus élettartama legalább 200-szeres lesz. Ezenkívül, ha a lítium-ion akkumulátorokat gyakran lemerítik nagy sebességű és magas hőmérsékletű környezetben, az akkumulátor élettartama drasztikusan, kevesebb mint XNUMX-szorosra csökken.

2. Kevesebb karbantartás, alacsonyabb használati költség

Maga az akkumulátor kilowattóránkénti ára alacsony, ami a leginkább intuitív költség. A fentieken túlmenően a felhasználók számára az, hogy valóban alacsonyak-e a költségek, az „áram teljes életciklus-költségétől” függ.

„Az elektromos áram teljes életciklus-költsége”, a teljesítmény lítium akkumulátor teljes teljesítményét megszorozzuk a ciklusok számával, hogy megkapjuk az akkumulátor teljes életciklusa során felhasználható teljes energiamennyiséget, valamint az akkumulátor teljes árát. Az akkumulátorcsomagot elosztjuk ezzel az összeggel, hogy megkapjuk a villamos energia kilowattonkénti árát a teljes életciklusban.

Az akkumulátor ára, amiről általában beszélünk, például 1,500 jüan/kWh, csak az új akkumulátorcella teljes energiáján alapul. Valójában a villamos energia egységnyi élettartamra jutó költsége a végfelhasználó közvetlen haszna. A legintuitívabb eredmény az, hogy ha két azonos teljesítményű akkumulátorcsomagot vásárol ugyanazon az áron, az egyik 50 töltés és kisütés után éri el élettartama végét, a másik pedig 100 töltés és kisütés után újra felhasználható. Ez a két akkumulátorcsomag egy pillantással látható, ami olcsóbb.

To put it bluntly, it is long life, durable and reduces costs.

A fenti két költség mellett az akkumulátor karbantartási költségét is figyelembe kell venni. Egyszerűen vegye figyelembe a kezdeti költséget, válassza ki a problémás cellát, a későbbi karbantartási költség és a munkaerőköltség túl magas. Magának az akkumulátorcellának a karbantartását illetően fontos hivatkozni a kézi kiegyensúlyozásra. A BMS beépített kiegyenlítő funkcióját a saját tervezésű kiegyenlítő áramának nagysága korlátozza, és előfordulhat, hogy nem tudja elérni az ideális egyensúlyt a cellák között. Az idő előrehaladtával fellép az akkumulátorcsomag túlzott nyomáskülönbsége. Ilyen esetekben kézi kiegyenlítést kell végezni, és a túl alacsony feszültségű akkumulátorcellákat külön kell tölteni. Minél ritkábban fordul elő ez a helyzet, annál alacsonyabbak a karbantartási költségek.

3. Nagy energiasűrűség/nagy teljesítménysűrűség

Az energiasűrűség az egységnyi tömegben vagy térfogategységben található energiát jelenti; az akkumulátor átlagos egységnyi térfogata vagy tömege által felszabaduló elektromos energia. Általában ugyanabban a térfogatban a lítium-ion akkumulátorok energiasűrűsége 2.5-szerese a nikkel-kadmium akkumulátorokénak és 1.8-szorosa a nikkel-hidrogén akkumulátorokénak. Ezért, ha az akkumulátor kapacitása egyenlő, a lítium-ion akkumulátorok jobbak lesznek, mint a nikkel-kadmium és nikkel-hidrogén akkumulátorok. Kisebb méret és könnyebb súly.

Akkumulátor energiasűrűsége=akkumulátorkapacitás × kisütési platform/akkumulátor vastagsága/akkumulátor szélessége/akkumulátor hossza.

A teljesítménysűrűség az egységnyi tömegre vagy térfogatra jutó maximális kisülési teljesítmény értékére vonatkozik. A közúti járművek korlátozott helyén csak a sűrűség növelésével lehet hatékonyan javítani a teljes energiát és az összteljesítményt. Emellett a jelenlegi állami támogatások az energiasűrűséget és a teljesítménysűrűséget használják küszöbként a támogatások mértékének mérésére, ami tovább erősíti a sűrűség jelentőségét.

Van azonban egy bizonyos ellentmondás az energiasűrűség és a biztonság között. Az energiasűrűség növekedésével a biztonság mindig újabb és nehezebb kihívásokkal néz szembe.

4. Nagyfeszültség

Mivel a grafitelektródákat alapvetően anódanyagként használják, a lítium-ion akkumulátorok feszültségét elsősorban a katód anyagok anyagjellemzői határozzák meg. A lítium-vas-foszfát feszültségének felső határa 3.6 V, a hármas lítium és lítium-manganát akkumulátorok maximális feszültsége pedig körülbelül 4.2 V (a következő rész elmagyarázza, miért nem haladhatja meg a Li-ion akkumulátor maximális feszültsége a 4.2 V-ot ). A nagyfeszültségű akkumulátorok fejlesztése egy műszaki út a lítium-ion akkumulátorok energiasűrűségének növelésére. A cella kimeneti feszültségének növeléséhez nagy potenciálú pozitív elektródaanyag, alacsony potenciálú negatív elektródaanyag és stabilan magas feszültségű elektrolit szükséges.

5. Magas energiahatékonyság

A Coulomb-hatékonyság, más néven töltési hatékonyság, az akkumulátor kisütési kapacitásának és töltési kapacitásának arányára utal ugyanazon ciklus alatt. Azaz a kisütési fajlagos kapacitás százalékos aránya az adott kapacitás feltöltéséhez.

A pozitív elektróda anyaga esetében ez a lítium beillesztési kapacitás/delítium kapacitás, azaz a kisülési kapacitás/töltési kapacitás; a negatív elektróda anyaga esetében ez a lítium eltávolítási kapacitás/lítium behelyezési kapacitás, azaz a kisülési kapacitás/töltési kapacitás.

During the charging process, electrical energy is converted into chemical energy, and during the discharging process, chemical energy is converted into electrical energy. There is a certain efficiency in the input and output of electrical energy during the two conversion processes, and this efficiency directly reflects the performance of the battery.

From the perspective of professional physics, Coulomb efficiency and energy efficiency are different. One is the ratio of electricity and the other is the ratio of work.

A tároló akkumulátor energiahatékonysága és a Coulomb-hatékonyság, de a matematikai kifejezésből a kettő között feszültségkapcsolat van. Az átlagos töltési és kisütési feszültség nem egyenlő, az átlagos kisülési feszültség általában kisebb, mint az átlagos töltési feszültség

Az akkumulátor teljesítményét az akkumulátor energiahatékonysága alapján lehet megítélni. Az energiamegmaradásból az elveszett elektromos energia főként hőenergiává alakul. Így az energiahatékonyság képes elemezni az akkumulátor által a munkafolyamat során termelt hőt, majd elemezhető a belső ellenállás és a hő kapcsolata. És köztudott, hogy az energiahatékonyság megjósolhatja az akkumulátor fennmaradó energiáját, és kezelheti az akkumulátor ésszerű használatát.

Mivel a bemeneti teljesítményt gyakran nem használják fel az aktív anyag töltött állapotba való átalakítására, hanem egy része elfogy (például irreverzibilis mellékreakciók lépnek fel), így a Coulomb-hatékonyság gyakran 100% alatti. De ami a jelenlegi lítium-ion akkumulátorokat illeti, a Coulomb-hatékonyság alapvetően elérheti a 99.9%-ot és afelettit.

Befolyásoló tényezők: az elektrolit bomlása, a határfelület passzivációja, az elektródák aktív anyagainak szerkezetében, morfológiájában és vezetőképességében bekövetkező változások csökkentik a Coulomb-hatékonyságot.

Emellett érdemes megemlíteni, hogy az akkumulátor leromlása csekély hatással van a Coulomb hatékonyságára, és nem sok köze van a hőmérséklethez.

Az áramsűrűség az egységnyi területen áthaladó áram nagyságát tükrözi. Az áramsűrűség növekedésével a verem által áthaladó áram növekszik, a feszültség hatásfoka a belső ellenállás miatt csökken, a Coulomb-hatékonyság pedig koncentráció-polarizáció és egyéb okok miatt csökken. Végül az energiahatékonyság csökkenéséhez vezet.

6. Jó magas hőmérsékletű teljesítmény

A lítium-ion akkumulátorok jó teljesítményt nyújtanak magas hőmérsékleten, ami azt jelenti, hogy az akkumulátor magja magasabb hőmérsékletű környezetben van, és az akkumulátor pozitív és negatív anyagai, szeparátorai és elektrolitjai is jó stabilitást tudnak fenntartani, normálisan működhetnek magas hőmérsékleten, és az élet nem fog felgyorsulni. A magas hőmérséklet nem okoz könnyen hőkifutási baleseteket.

A lítium-ion akkumulátor hőmérséklete az akkumulátor termikus állapotát mutatja, lényege pedig a lítium-ion akkumulátor hőtermelésének és hőátadásának eredménye. A lítium-ion akkumulátorok termikus jellemzőinek, hőtermelési és hőátadási jellemzőinek tanulmányozása különböző körülmények között rávilágíthat a lítium-ion akkumulátorokon belüli exoterm kémiai reakciók fontos útjára.

A lítium-ion akkumulátorok nem biztonságos viselkedése, beleértve az akkumulátor túltöltését és túlmerülését, gyors töltést és kisütést, rövidzárlatot, mechanikai visszaéléseket és magas hőmérsékletű hősokkot, könnyen veszélyes mellékreakciókat válthat ki az akkumulátor belsejében, és hőt generálhat, közvetlenül tönkretéve a negatív és pozitív elektródák Passzivációs film a felületen.

Amikor a cella hőmérséklete 130 °C-ra emelkedik, a negatív elektróda felületén lévő SEI film lebomlik, aminek következtében a nagy aktivitású lítium-szén negatív elektróda az elektrolitnak kitéve heves oxidációs-redukciós reakción megy keresztül, és a hő, előfordul, az akkumulátort magas kockázatú állapotba hozza.

Amikor az akkumulátor belső hőmérséklete 200 °C fölé emelkedik, a pozitív elektróda felületén lévő passzivációs film lebontja a pozitív elektródát, oxigént termel, és továbbra is heves reakcióba lép az elektrolittal, nagy mennyiségű hőt generálva és nagy belső nyomást hozva létre. . Amikor az akkumulátor hőmérséklete 240 °C fölé emelkedik, heves exoterm reakció kíséri a lítium-szén negatív elektróda és a kötőanyag között.

A lítium-ion akkumulátorok hőmérsékleti problémája nagy hatással van a lítium-ion akkumulátorok biztonságára. Maga a használati környezet is bizonyos hőmérsékletű, és a lítium-ion akkumulátor hőmérséklete is megjelenik használat közben. A lényeg az, hogy a hőmérséklet nagyobb hatással lesz a lítium-ion akkumulátoron belüli kémiai reakcióra. A túl magas hőmérséklet akár a lítium-ion akkumulátor élettartamát is károsíthatja, súlyos esetekben pedig biztonsági problémákat okozhat a lítium-ion akkumulátornak.

7. Jó alacsony hőmérsékletű teljesítmény

A lítium-ion akkumulátorok alacsony hőmérsékleten jó teljesítményt nyújtanak, ami azt jelenti, hogy alacsony hőmérsékleten az akkumulátor belsejében lévő lítium-ionok és elektródák továbbra is magas aktivitást, nagy maradékkapacitást, csökkentett kisülési kapacitás-romlást és nagy megengedett töltési sebességet tartanak fenn.

A hőmérséklet csökkenésével a lítium-ion akkumulátor fennmaradó kapacitása felgyorsult helyzetté csökken. Minél alacsonyabb a hőmérséklet, annál gyorsabban csökken a kapacitás. Az alacsony hőmérsékleten történő erőszakos töltés rendkívül káros, és nagyon könnyen okozhat hőkitörési balesetet. Alacsony hőmérsékleten a lítium-ionok és az elektródák aktív anyagainak aktivitása csökken, és a lítium-ionok negatív elektródaanyagba történő beillesztésének sebessége jelentősen csökken. Ha a külső tápegységet az akkumulátor megengedett teljesítményét meghaladó teljesítménnyel töltik fel, nagy mennyiségű lítium-ion halmozódik fel a negatív elektróda körül, és az elektródába ágyazott lítium-ionok túl későn jutnak elektronokhoz, majd közvetlenül lerakódnak a Az elektróda felületén lítium elemkristályok keletkeznek. A dendrit növekszik, közvetlenül behatol a membránba, és átszúrja a pozitív elektródát. Rövidzárlatot okoz a pozitív és negatív elektródák között, ami viszont termikus kifutáshoz vezet.

A kisütési kapacitás súlyos romlása mellett a lítium-ion akkumulátorok nem tölthetők alacsony hőmérsékleten. Alacsony hőmérsékletű töltés során a lítium ionok interkalációja az akkumulátor grafitelektródáján és a lítium bevonat reakciója együtt létezik és versenyez egymással. Alacsony hőmérsékleti viszonyok között a lítium ionok diffúziója a grafitban gátolt, az elektrolit vezetőképessége csökken, ami az interkalációs sebesség csökkenéséhez vezet, és a grafit felületén nagyobb valószínűséggel megy végbe a lítium bevonási reakció. A lítium-ion akkumulátorok élettartamának csökkenésének fő oka alacsony hőmérsékleten történő használat esetén a belső impedancia növekedése és a kapacitás csökkenése a lítium-ionok kiválása miatt.

8. Jó biztonság

A lítium-ion akkumulátorok biztonsága nemcsak a belső anyagok stabilitását jelenti, hanem az akkumulátor biztonsági kiegészítő intézkedéseinek hatékonyságát is. A belső anyagok biztonsága a pozitív és negatív anyagokra, a membránra és az elektrolitra vonatkozik, amelyek jó termikus stabilitással rendelkeznek, jó kompatibilitást mutatnak az elektrolit és az elektróda anyaga között, valamint magának az elektrolitnak jó égésgátlása. A biztonsági segédintézkedések a cella biztonsági szelepének kialakítására, a biztosíték kialakítására, a hőmérséklet-érzékeny ellenállás kialakítására vonatkoznak, és az érzékenység megfelelő. Egyetlen cella meghibásodása után megakadályozhatja a hiba továbbterjedését, és az elkülönítés célját szolgálja.

9. Jó konzisztencia

A „hordóeffektuson” keresztül megértjük az akkumulátor konzisztenciájának fontosságát. A konzisztencia az azonos akkumulátorcsomagban használt akkumulátorcellákra vonatkozik, a kapacitás, a nyitott áramköri feszültség, a belső ellenállás, az önkisülés és egyéb paraméterek rendkívül kicsik, és a teljesítmény hasonló. Ha a saját kiváló teljesítményével rendelkező akkumulátorcella konzisztenciája nem jó, akkor a csoport kialakítása után gyakran kisimul a fölénye. Tanulmányok kimutatták, hogy az akkumulátorcsomag kapacitását a csoportosítás után a legkisebb kapacitású cella határozza meg, és az akkumulátorcsomag élettartama kevesebb, mint a legrövidebb cella élettartama.