Apa persyaratan untuk baterai lithium-ion berkualitas tinggi? Secara umum, umur panjang, kepadatan energi tinggi, dan kinerja keselamatan yang andal adalah prasyarat untuk mengukur baterai lithium-ion berkualitas tinggi. Baterai lithium-ion saat ini digunakan dalam semua aspek kehidupan sehari-hari, tetapi produsen atau mereknya berbeda. Ada beberapa perbedaan dalam masa pakai dan kinerja keselamatan baterai lithium-ion, yang terkait erat dengan standar proses produksi dan bahan produksi; kondisi berikut harus merupakan kondisi untuk lithium-ion berkualitas tinggi;

1. Umur panjang

Masa pakai baterai sekunder mencakup dua indikator: masa pakai siklus dan masa pakai kalender. Siklus hidup berarti bahwa setelah baterai mengalami jumlah siklus yang dijanjikan oleh pabrikan, kapasitas yang tersisa masih lebih besar dari atau sama dengan 80%. Umur kalender berarti bahwa kapasitas yang tersisa tidak boleh kurang dari 80% dalam jangka waktu yang dijanjikan oleh pabrikan, tidak peduli apakah itu digunakan atau tidak.

Hidup adalah salah satu indikator utama daya baterai lithium. Di satu sisi, tindakan besar mengganti baterai benar-benar merepotkan dan pengalaman pengguna tidak baik; di sisi lain, pada dasarnya, hidup adalah masalah biaya.

Masa pakai baterai lithium-ion berarti bahwa kapasitas baterai menurun ke kapasitas nominal (pada suhu kamar 25°C, tekanan atmosfer standar, dan 70% dari kapasitas baterai habis pada 0.2C) setelah periode penggunaan , dan kehidupan dapat dianggap sebagai akhir dari kehidupan. Di industri, masa pakai umumnya dihitung dengan jumlah siklus baterai lithium-ion yang terisi penuh dan habis. Dalam proses penggunaan, reaksi elektrokimia ireversibel terjadi di dalam baterai lithium-ion, yang menyebabkan penurunan kapasitas, seperti penguraian elektrolit, penonaktifan bahan aktif, dan runtuhnya struktur elektroda positif dan negatif. menyebabkan penurunan jumlah interkalasi dan deinterkalasi ion lithium. Tunggu. Eksperimen menunjukkan bahwa tingkat debit yang lebih tinggi akan menyebabkan atenuasi kapasitas yang lebih cepat. Jika arus pelepasan rendah, tegangan baterai akan mendekati tegangan keseimbangan, yang dapat melepaskan lebih banyak energi.

Kehidupan teoritis baterai lithium-ion terner adalah sekitar 800 siklus, yang merupakan media di antara baterai lithium-ion isi ulang komersial. Litium besi fosfat sekitar 2,000 siklus, sedangkan litium titanat dikatakan mampu mencapai 10,000 siklus. Saat ini, produsen baterai utama menjanjikan lebih dari 500 kali (pengisian dan pengosongan dalam kondisi standar) dalam spesifikasi sel baterai terner mereka. Namun, setelah baterai dirakit menjadi baterai, karena masalah konsistensi, faktor terpenting adalah tegangan dan internal Resistansi tidak bisa sama persis, dan masa pakai siklusnya sekitar 400 kali. Jendela penggunaan SOC yang disarankan adalah 10%~90%. Pengisian dan pengosongan yang dalam tidak disarankan, jika tidak maka akan menyebabkan kerusakan permanen pada struktur positif dan negatif baterai. Jika dihitung dengan muatan dangkal dan debit dangkal, masa pakai siklus setidaknya 1000 kali. Selain itu, jika baterai lithium-ion sering habis di lingkungan dengan kecepatan tinggi dan suhu tinggi, masa pakai baterai akan berkurang drastis hingga kurang dari 200 kali lipat.

2. Lebih sedikit perawatan, lebih rendah biaya penggunaan

Baterai itu sendiri memiliki harga rendah per kilowatt-jam, yang merupakan biaya paling intuitif. Selain yang disebutkan di atas, bagi pengguna, apakah biayanya benar-benar rendah tergantung pada “biaya siklus hidup penuh listrik”.

“Biaya siklus hidup penuh listrik”, total daya baterai lithium daya dikalikan dengan jumlah siklus untuk mendapatkan jumlah total daya yang dapat digunakan dalam siklus hidup penuh baterai, dan total harga baterai paket baterai dibagi dengan jumlah ini untuk mendapatkan harga per kilowatt listrik dalam siklus hidup penuh.

Harga baterai yang biasa kita bicarakan, seperti 1,500 yuan/kWh, hanya didasarkan pada energi total sel baterai baru. Faktanya, biaya listrik per unit kehidupan adalah manfaat langsung dari pelanggan akhir. Hasil yang paling intuitif adalah jika Anda membeli dua paket baterai dengan daya yang sama dengan harga yang sama, satu akan mencapai akhir masa pakainya setelah 50 kali pengisian dan pemakaian, dan yang lainnya dapat digunakan kembali setelah 100 kali pengisian dan pemakaian. Kedua baterai ini bisa dilihat sekilas mana yang lebih murah.

Terus terang, itu adalah umur panjang, tahan lama dan mengurangi biaya.

Selain kedua biaya di atas, biaya perawatan baterai juga harus diperhatikan. Cukup pertimbangkan biaya awal, pilih sel masalah, biaya perawatan dan biaya tenaga kerja nanti terlalu tinggi. Mengenai perawatan sel baterai itu sendiri, penting untuk mengacu pada penyeimbangan manual. Fungsi pemerataan bawaan BMS dibatasi oleh ukuran arus pemerataan desainnya sendiri, dan mungkin tidak dapat mencapai keseimbangan ideal antar sel. Seiring waktu terakumulasi, masalah perbedaan tekanan yang berlebihan pada baterai akan terjadi. Dalam situasi seperti itu, pemerataan manual harus dilakukan, dan sel baterai dengan tegangan terlalu rendah diisi secara terpisah. Semakin rendah frekuensi situasi ini, semakin rendah biaya pemeliharaan.

3. Kepadatan energi tinggi / kepadatan daya tinggi

Kepadatan energi mengacu pada energi yang terkandung dalam satuan berat atau satuan volume; energi listrik yang dilepaskan oleh rata-rata satuan volume atau massa baterai. Secara umum, dalam volume yang sama, kerapatan energi baterai lithium-ion adalah 2.5 kali baterai nikel-kadmium dan 1.8 kali baterai nikel-hidrogen. Oleh karena itu, ketika kapasitas baterai sama, baterai lithium-ion akan lebih baik daripada baterai nikel-kadmium dan nikel-hidrogen. Ukuran lebih kecil dan bobot lebih ringan.

Kepadatan energi baterai=kapasitas baterai× platform pengosongan/ketebalan baterai/lebar baterai/panjang baterai.

Kepadatan daya mengacu pada nilai daya pelepasan maksimum per satuan berat atau volume. Dalam ruang terbatas kendaraan jalan, hanya dengan meningkatkan kepadatan energi keseluruhan dan daya keseluruhan dapat ditingkatkan secara efektif. Selain itu, subsidi negara saat ini menggunakan kepadatan energi dan kepadatan daya sebagai ambang batas untuk mengukur tingkat subsidi, yang semakin memperkuat pentingnya kepadatan.

Namun, ada kontradiksi tertentu antara kepadatan energi dan keamanan. Ketika kepadatan energi meningkat, keselamatan akan selalu menghadapi tantangan yang lebih baru dan lebih sulit.

4. Tegangan tinggi

Karena elektroda grafit pada dasarnya digunakan sebagai bahan anoda, tegangan baterai lithium-ion terutama ditentukan oleh karakteristik bahan dari bahan katoda. Batas atas tegangan lithium iron phosphate adalah 3.6V, dan tegangan maksimum baterai lithium ternary dan lithium manganate adalah sekitar 4.2V (bagian selanjutnya akan menjelaskan Mengapa tegangan maksimum baterai Li-ion tidak dapat melebihi 4.2V ). Pengembangan baterai tegangan tinggi merupakan jalur teknis baterai lithium-ion untuk meningkatkan kepadatan energi. Untuk meningkatkan tegangan keluaran sel diperlukan bahan elektroda positif dengan potensial tinggi, bahan elektroda negatif dengan potensial rendah dan elektrolit dengan tegangan tinggi yang stabil.

5. Efisiensi energi tinggi

Efisiensi Coulomb, juga disebut efisiensi pengisian, mengacu pada rasio kapasitas pengosongan baterai terhadap kapasitas pengisian selama siklus yang sama. Artinya, persentase debit kapasitas spesifik untuk mengisi kapasitas spesifik.

Untuk bahan elektroda positif, ini adalah kapasitas penyisipan lithium/kapasitas delitium, yaitu kapasitas pelepasan/kapasitas pengisian; untuk bahan elektroda negatif, ini adalah kapasitas pelepasan lithium/kapasitas penyisipan lithium, yaitu kapasitas pelepasan/kapasitas pengisian.

Selama proses pengisian, energi listrik diubah menjadi energi kimia, dan selama proses pengosongan, energi kimia diubah menjadi energi listrik. Ada efisiensi tertentu dalam input dan output energi listrik selama dua proses konversi, dan efisiensi ini secara langsung mencerminkan kinerja baterai.

Dari perspektif fisika profesional, efisiensi Coulomb dan efisiensi energi berbeda. Salah satunya adalah rasio listrik dan yang lainnya adalah rasio kerja.

Efisiensi energi baterai penyimpanan dan efisiensi Coulomb, tetapi dari ekspresi matematika, ada hubungan tegangan antara keduanya. Tegangan rata-rata pengisian dan pengosongan tidak sama, tegangan rata-rata pengosongan umumnya kurang dari tegangan rata-rata pengisian

Kinerja baterai dapat dinilai dari efisiensi energi baterai. Dari konservasi energi, energi listrik yang hilang terutama diubah menjadi energi panas. Oleh karena itu, efisiensi energi dapat menganalisis panas yang dihasilkan oleh baterai selama proses kerja, dan kemudian hubungan antara resistansi internal dan panas dapat dianalisis. Dan diketahui bahwa efisiensi energi dapat memprediksi sisa energi baterai dan mengatur penggunaan baterai secara rasional.

Karena daya masukan sering tidak digunakan untuk mengubah bahan aktif menjadi keadaan bermuatan, tetapi sebagian dikonsumsi (misalnya, terjadi reaksi samping ireversibel), sehingga efisiensi Coulomb seringkali kurang dari 100%. Tetapi sejauh menyangkut baterai lithium-ion saat ini, efisiensi Coulomb pada dasarnya dapat mencapai 99.9% ke atas.

Faktor yang mempengaruhi: dekomposisi elektrolit, passivasi antarmuka, perubahan struktur, morfologi, dan konduktivitas bahan aktif elektroda akan menurunkan efisiensi Coulomb.

Selain itu, perlu disebutkan bahwa pembusukan baterai memiliki sedikit pengaruh pada efisiensi Coulomb dan tidak ada hubungannya dengan suhu.

Kepadatan arus mencerminkan ukuran arus yang lewat per satuan luas. Dengan meningkatnya kerapatan arus, arus yang dilewatkan oleh tumpukan meningkat, efisiensi tegangan menurun karena resistansi internal, dan efisiensi Coulomb menurun karena polarisasi konsentrasi dan alasan lainnya. Akhirnya menyebabkan penurunan efisiensi energi.

6. Performa suhu tinggi yang baik

Baterai lithium-ion memiliki kinerja suhu tinggi yang baik, yang berarti bahwa inti baterai berada di lingkungan suhu yang lebih tinggi, dan bahan, pemisah, dan elektrolit baterai positif dan negatif juga dapat menjaga stabilitas yang baik, dapat bekerja secara normal pada suhu tinggi, dan hidup tidak akan dipercepat. Suhu tinggi tidak mudah menyebabkan kecelakaan pelarian termal.

Suhu baterai lithium-ion menunjukkan keadaan termal baterai, dan intinya adalah hasil dari pembangkitan panas dan perpindahan panas baterai lithium-ion. Mempelajari karakteristik termal baterai lithium-ion, dan karakteristik generasi panas dan perpindahan panasnya dalam kondisi yang berbeda, dapat membuat kita menyadari cara penting reaksi kimia eksotermik di dalam baterai lithium-ion.

Perilaku baterai lithium-ion yang tidak aman, termasuk pengisian dan pengosongan baterai yang berlebihan, pengisian dan pengosongan yang cepat, korsleting, kondisi penyalahgunaan mekanis, dan kejutan termal suhu tinggi, dapat dengan mudah memicu reaksi samping berbahaya di dalam baterai dan menghasilkan panas, yang secara langsung menghancurkan negatif dan elektroda positif Film pasif di permukaan.

Ketika suhu sel naik hingga 130 ° C, film SEI pada permukaan elektroda negatif terurai, menyebabkan elektroda negatif karbon lithium aktivitas tinggi terkena elektrolit untuk mengalami reaksi reduksi oksidasi yang hebat, dan panas yang terjadi membuat baterai memasuki kondisi berisiko tinggi.

Ketika suhu internal baterai naik di atas 200 ° C, film pasivasi pada permukaan elektroda positif menguraikan elektroda positif untuk menghasilkan oksigen, dan terus bereaksi keras dengan elektrolit untuk menghasilkan sejumlah besar panas dan membentuk tekanan internal yang tinggi. . Ketika suhu baterai mencapai di atas 240 ° C, itu disertai dengan reaksi eksotermik yang hebat antara elektroda negatif karbon lithium dan pengikat.

Masalah suhu baterai lithium-ion memiliki dampak besar pada keamanan baterai lithium-ion. Lingkungan penggunaan itu sendiri memiliki suhu tertentu, dan suhu baterai lithium ion juga akan muncul saat digunakan. Yang penting adalah bahwa suhu akan memiliki dampak yang lebih besar pada reaksi kimia di dalam baterai lithium-ion. Suhu yang terlalu tinggi bahkan dapat merusak masa pakai baterai lithium-ion, dan dalam kasus yang parah, itu akan menyebabkan masalah keamanan untuk baterai lithium-ion.

7. Performa suhu rendah yang baik

Baterai lithium-ion memiliki kinerja suhu rendah yang baik, yang berarti bahwa pada suhu rendah, ion lithium dan bahan elektroda di dalam baterai masih mempertahankan aktivitas tinggi, kapasitas residu tinggi, penurunan penurunan kapasitas pelepasan, dan laju pengisian yang diizinkan besar.

Saat suhu turun, kapasitas baterai lithium-ion yang tersisa meluruh menjadi situasi yang dipercepat. Semakin rendah suhu, semakin cepat kapasitas meluruh. Pengisian paksa pada suhu rendah sangat berbahaya, dan sangat mudah menyebabkan kecelakaan termal. Pada suhu rendah, aktivitas ion litium dan bahan aktif elektroda menurun, dan kecepatan ion litium dimasukkan ke dalam bahan elektroda negatif sangat berkurang. Ketika catu daya eksternal diisi pada daya yang melebihi daya baterai yang diizinkan, sejumlah besar ion lithium menumpuk di sekitar elektroda negatif, dan ion lithium yang tertanam di elektroda terlambat untuk mendapatkan elektron dan kemudian langsung disimpan di permukaan elektroda untuk membentuk kristal unsur litium. Dendrit tumbuh, menembus diafragma secara langsung, dan menembus elektroda positif. Menyebabkan hubungan pendek antara elektroda positif dan negatif, yang pada gilirannya menyebabkan pelarian termal.

Selain penurunan kapasitas pengosongan yang parah, baterai lithium-ion tidak dapat diisi daya pada suhu rendah. Selama pengisian suhu rendah, interkalasi ion lithium pada elektroda grafit baterai dan reaksi pelapisan lithium hidup berdampingan dan bersaing satu sama lain. Di bawah kondisi suhu rendah, difusi ion lithium dalam grafit terhambat, dan konduktivitas elektrolit menurun, yang menyebabkan penurunan laju interkalasi dan membuat reaksi pelapisan lithium lebih mungkin terjadi pada permukaan grafit. Alasan utama penurunan masa pakai baterai lithium-ion saat digunakan pada suhu rendah adalah peningkatan impedansi internal dan penurunan kapasitas karena pengendapan ion lithium.

8. Keamanan yang baik

Keamanan baterai lithium-ion tidak hanya mencakup stabilitas bahan internal, tetapi juga efektivitas tindakan tambahan keselamatan baterai. Keamanan bahan internal mengacu pada bahan positif dan negatif, diafragma dan elektrolit, yang memiliki stabilitas termal yang baik, kompatibilitas yang baik antara elektrolit dan bahan elektroda, dan ketahanan nyala yang baik dari elektrolit itu sendiri. Langkah-langkah tambahan keselamatan mengacu pada desain katup pengaman sel, desain sekering, desain resistensi yang peka terhadap suhu, dan sensitivitasnya sesuai. Setelah satu sel gagal, itu dapat mencegah kesalahan menyebar dan melayani tujuan isolasi.

9. Konsistensi yang baik

Melalui “efek barel” kami memahami pentingnya konsistensi baterai. Konsistensi mengacu pada sel baterai yang digunakan dalam paket baterai yang sama, kapasitas, tegangan rangkaian terbuka, resistansi internal, pengosongan otomatis dan parameter lainnya sangat kecil, dan kinerjanya serupa. Jika konsistensi sel baterai dengan kinerjanya sendiri yang sangat baik tidak baik, keunggulannya sering dihaluskan setelah kelompok terbentuk. Penelitian telah menunjukkan bahwa kapasitas paket baterai setelah pengelompokan ditentukan oleh sel kapasitas terkecil, dan masa pakai baterai kurang dari masa pakai sel terpendek.