Quali sono i requisiti per le batterie agli ioni di litio di alta qualità? In generale, lunga durata, elevata densità di energia e prestazioni di sicurezza affidabili sono i prerequisiti per misurare una batteria agli ioni di litio di alta qualità. Le batterie agli ioni di litio sono attualmente utilizzate in tutti gli aspetti della vita quotidiana, ma il produttore o il marchio è diverso. Esistono alcune differenze nella durata e nelle prestazioni di sicurezza delle batterie agli ioni di litio, che sono strettamente correlate agli standard del processo di produzione e ai materiali di produzione; le seguenti condizioni devono essere le condizioni per gli ioni di litio di alta qualità;

1. Lunga durata

La durata della batteria secondaria include due indicatori: durata del ciclo e durata del calendario. La durata del ciclo significa che dopo che la batteria ha raggiunto il numero di cicli promesso dal produttore, la capacità residua è ancora maggiore o uguale all’80%. La durata del calendario significa che la capacità residua non deve essere inferiore all’80% entro il periodo di tempo promesso dal produttore, indipendentemente dal fatto che venga utilizzata o meno.

La vita è uno degli indicatori chiave delle batterie al litio di potenza. Da un lato, la grande azione di sostituzione della batteria è davvero fastidiosa e l’esperienza dell’utente non è buona; d’altra parte, fondamentalmente, la vita è una questione di costi.

La durata di una batteria agli ioni di litio significa che la capacità della batteria decade alla capacità nominale (a temperatura ambiente di 25°C, pressione atmosferica standard e 70% della capacità della batteria scaricata a 0.2C) dopo un periodo di utilizzo , e la vita può essere considerata come la fine della vita. Nell’industria, la durata del ciclo è generalmente calcolata dal numero di cicli di batterie agli ioni di litio completamente cariche e scariche. Nel processo di utilizzo, all’interno della batteria agli ioni di litio si verifica una reazione elettrochimica irreversibile, che porta a una diminuzione della capacità, come la decomposizione dell’elettrolita, la disattivazione dei materiali attivi e il collasso delle strutture degli elettrodi positivi e negativi portare a una diminuzione del numero di intercalazione e deiintercalazione degli ioni di litio. Aspettare. Gli esperimenti mostrano che un tasso di scarica più elevato porterà a una più rapida attenuazione della capacità. Se la corrente di scarica è bassa, la tensione della batteria sarà vicina alla tensione di equilibrio, che può rilasciare più energia.

La vita teorica di una batteria ternaria agli ioni di litio è di circa 800 cicli, che è media tra le batterie ricaricabili agli ioni di litio commerciali. Il litio ferro fosfato è di circa 2,000 cicli, mentre si dice che il titanato di litio sia in grado di raggiungere i 10,000 cicli. Attualmente, i produttori di batterie tradizionali promettono più di 500 volte (carica e scarica in condizioni standard) nelle specifiche delle celle della batteria ternaria. Tuttavia, dopo che le batterie sono state assemblate in un pacco batterie, a causa di problemi di consistenza, i fattori più importanti sono la tensione e la resistenza interna. La resistenza non può essere esattamente la stessa e la sua durata del ciclo è di circa 400 volte. La finestra di utilizzo SOC consigliata è 10%~90%. La carica e la scarica profonda non sono consigliate, altrimenti causeranno danni irreversibili alla struttura positiva e negativa della batteria. Se viene calcolato da carica superficiale e scarica superficiale, la durata del ciclo sarà di almeno 1000 volte. Inoltre, se le batterie agli ioni di litio vengono scaricate frequentemente in ambienti ad alta velocità e alta temperatura, la durata della batteria sarà drasticamente ridotta a meno di 200 volte.

2. Meno manutenzione, costi di utilizzo inferiori

La batteria stessa ha un prezzo basso per chilowattora, che è il costo più intuitivo. Oltre a quanto sopra, per gli utenti, se il costo è davvero basso dipende dal “costo dell’intero ciclo di vita dell’elettricità”.

“Costo dell’intero ciclo di vita dell’elettricità”, la potenza totale della batteria al litio di potenza viene moltiplicata per il numero di cicli per ottenere la quantità totale di energia che può essere utilizzata nell’intero ciclo di vita della batteria e il prezzo totale della il pacco batteria viene diviso per questa somma per ottenere il prezzo per kilowatt di elettricità nell’intero ciclo di vita.

Il prezzo della batteria di cui parliamo di solito, ad esempio 1,500 yuan/kWh, si basa solo sull’energia totale della nuova cella della batteria. Il costo dell’energia elettrica per unità di vita, infatti, è a diretto vantaggio del cliente finale. Il risultato più intuitivo è che se acquisti due pacchi batteria con la stessa potenza allo stesso prezzo, uno raggiungerà la fine della vita dopo 50 volte di carica e scarica, e l’altro può essere riutilizzato dopo 100 volte di carica e scarica. Questi due pacchi batteria possono essere visti a colpo d’occhio che è più economico.

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

Oltre ai due costi di cui sopra, va considerato anche il costo di manutenzione della batteria. Considera semplicemente il costo iniziale, seleziona la cella problematica, il costo della manutenzione successiva e il costo della manodopera sono troppo alti. Per quanto riguarda la manutenzione della stessa cella della batteria, è importante fare riferimento al bilanciamento manuale. La funzione di equalizzazione integrata del BMS è limitata dalle dimensioni della propria corrente di equalizzazione di progettazione e potrebbe non essere in grado di raggiungere l’equilibrio ideale tra le celle. Man mano che il tempo si accumula, si verificherà il problema dell’eccessiva differenza di pressione nel pacco batteria. In tali situazioni, è necessario eseguire l’equalizzazione manuale e le celle della batteria con una tensione troppo bassa vengono caricate separatamente. Minore è la frequenza di questa situazione, minore è il costo di manutenzione.

3. Alta densità di energia/alta densità di potenza

La densità energetica si riferisce all’energia contenuta in un’unità di peso o in un’unità di volume; l’energia elettrica rilasciata dal volume unitario medio o dalla massa di una batteria. In genere, a parità di volume, la densità energetica delle batterie agli ioni di litio è 2.5 volte quella delle batterie al nichel-cadmio e 1.8 volte quella delle batterie al nichel-idrogeno. Pertanto, quando la capacità della batteria è uguale, le batterie agli ioni di litio saranno migliori delle batterie al nichel-cadmio e al nichel-idrogeno. Dimensioni ridotte e peso più leggero.

Densità di energia della batteria = capacità della batteria × piattaforma di scarica/spessore della batteria/larghezza della batteria/lunghezza della batteria.

La densità di potenza si riferisce al valore della potenza di scarica massima per unità di peso o volume. Nello spazio limitato dei veicoli stradali, solo aumentando la densità è possibile migliorare efficacemente l’energia e la potenza complessive. Inoltre, gli attuali sussidi statali utilizzano la densità energetica e la densità di potenza come soglia per misurare il livello dei sussidi, il che rafforza ulteriormente l’importanza della densità.

Tuttavia, c’è una certa contraddizione tra densità energetica e sicurezza. Con l’aumento della densità energetica, la sicurezza dovrà affrontare sfide sempre nuove e più difficili.

4. Alta tensione

Poiché gli elettrodi di grafite sono fondamentalmente utilizzati come materiali anodici, la tensione delle batterie agli ioni di litio è determinata principalmente dalle caratteristiche del materiale dei materiali del catodo. Il limite superiore della tensione del litio ferro fosfato è di 3.6 V e la tensione massima delle batterie ternarie al litio e al manganato di litio è di circa 4.2 V (la parte successiva spiegherà perché la tensione massima della batteria agli ioni di litio non può superare i 4.2 V ). Lo sviluppo di batterie ad alta tensione è un percorso tecnico per le batterie agli ioni di litio per aumentare la densità di energia. Per aumentare la tensione di uscita della cella, sono necessari un materiale per elettrodo positivo con un alto potenziale, un materiale per elettrodo negativo con un basso potenziale e un elettrolita con un’alta tensione stabile.

5. Alta efficienza energetica

L’efficienza di Coulomb, chiamata anche efficienza di carica, si riferisce al rapporto tra la capacità di scarica della batteria e la capacità di carica durante lo stesso ciclo. Cioè, la percentuale della capacità specifica di scarica per caricare la capacità specifica.

Per il materiale dell’elettrodo positivo, è la capacità di inserimento del litio/capacità di deltio, cioè la capacità di scarica/capacità di carica; per il materiale dell’elettrodo negativo, è la capacità di rimozione del litio/capacità di inserimento del litio, cioè la capacità di scarica/capacità di carica.

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.

L’efficienza energetica dell’accumulatore e l’efficienza di Coulomb, ma dall’espressione matematica, c’è una relazione di tensione tra i due. La tensione media di carica e scarica non è uguale, la tensione media di scarica è generalmente inferiore alla tensione media di carica

Le prestazioni della batteria possono essere giudicate dall’efficienza energetica della batteria. Dalla conservazione dell’energia, l’energia elettrica persa viene principalmente convertita in energia termica. Pertanto, l’efficienza energetica può analizzare il calore generato dalla batteria durante il processo di lavoro e quindi può essere analizzata la relazione tra resistenza interna e calore. Ed è noto che l’efficienza energetica può prevedere l’energia residua della batteria e gestire l’uso razionale della batteria.

Poiché la potenza in ingresso spesso non viene utilizzata per convertire il materiale attivo in uno stato carico, ma parte di essa viene consumata (ad esempio, si verificano reazioni collaterali irreversibili), quindi l’efficienza di Coulomb è spesso inferiore al 100%. Ma per quanto riguarda le attuali batterie agli ioni di litio, l’efficienza di Coulomb può raggiungere sostanzialmente il 99.9% e oltre.

Fattori che influenzano: la decomposizione dell’elettrolita, la passivazione dell’interfaccia, i cambiamenti nella struttura, nella morfologia e nella conduttività dei materiali elettrodici attivi ridurranno l’efficienza di Coulomb.

Inoltre, vale la pena ricordare che il decadimento della batteria ha scarso effetto sull’efficienza di Coulomb e ha poco a che fare con la temperatura.

La densità di corrente riflette la dimensione della corrente che passa per unità di area. All’aumentare della densità di corrente, aumenta la corrente passata dallo stack, l’efficienza della tensione diminuisce a causa della resistenza interna e l’efficienza di Coulomb diminuisce a causa della polarizzazione della concentrazione e per altri motivi. Alla fine portare a una riduzione dell’efficienza energetica.

6. Buone prestazioni ad alta temperatura

Le batterie agli ioni di litio hanno buone prestazioni ad alta temperatura, il che significa che il nucleo della batteria si trova in un ambiente a temperatura più elevata e anche i materiali positivi e negativi, i separatori e l’elettrolita della batteria possono mantenere una buona stabilità, possono funzionare normalmente a temperature elevate e il la vita non sarà accelerata. L’alta temperatura non è facile da causare incidenti termici.

La temperatura della batteria agli ioni di litio mostra lo stato termico della batteria e la sua essenza è il risultato della generazione di calore e del trasferimento di calore della batteria agli ioni di litio. Studiare le caratteristiche termiche delle batterie agli ioni di litio e le loro caratteristiche di generazione di calore e trasferimento di calore in condizioni diverse, può farci comprendere l’importante modo di reazioni chimiche esotermiche all’interno delle batterie agli ioni di litio.

I comportamenti non sicuri delle batterie agli ioni di litio, tra cui sovraccarico e sovrascarica della batteria, carica e scarica rapida, cortocircuito, condizioni di abuso meccanico e shock termico ad alta temperatura, possono facilmente innescare pericolose reazioni collaterali all’interno della batteria e generare calore, distruggendo direttamente il negativo e elettrodi positivi Film di passivazione sulla superficie.

Quando la temperatura della cella sale a 130°C, il film di SEI sulla superficie dell’elettrodo negativo si decompone, esponendo l’elettrodo negativo al carbonio di litio ad alta attività all’elettrolita per subire una violenta reazione di ossidoriduzione e il calore che si verifica fa entrare la batteria in uno stato ad alto rischio.

Quando la temperatura interna della batteria supera i 200°C, il film di passivazione sulla superficie dell’elettrodo positivo decompone l’elettrodo positivo per generare ossigeno e continua a reagire violentemente con l’elettrolita per generare una grande quantità di calore e formare un’elevata pressione interna . Quando la temperatura della batteria supera i 240°C, è accompagnata da una violenta reazione esotermica tra l’elettrodo negativo al litio-carbone e il legante.

Il problema della temperatura delle batterie agli ioni di litio ha un grande impatto sulla sicurezza delle batterie agli ioni di litio. L’ambiente di utilizzo stesso ha una certa temperatura e anche la temperatura della batteria agli ioni di litio apparirà quando viene utilizzata. L’importante è che la temperatura abbia un impatto maggiore sulla reazione chimica all’interno della batteria agli ioni di litio. Una temperatura troppo elevata può persino danneggiare la durata della batteria agli ioni di litio e, nei casi più gravi, causerà problemi di sicurezza per la batteria agli ioni di litio.

7. Buone prestazioni a bassa temperatura

Le batterie agli ioni di litio hanno buone prestazioni a bassa temperatura, il che significa che a basse temperature, gli ioni di litio e i materiali degli elettrodi all’interno della batteria mantengono ancora un’elevata attività, un’elevata capacità residua, un ridotto degrado della capacità di scarica e un’elevata velocità di carica consentita.

Quando la temperatura scende, la capacità residua della batteria agli ioni di litio decade in una situazione accelerata. Più bassa è la temperatura, più veloce è il decadimento della capacità. La ricarica forzata a basse temperature è estremamente dannosa ed è molto facile causare incidenti termici. A basse temperature, l’attività degli ioni di litio e dei materiali elettrodici attivi diminuisce e la velocità con cui gli ioni di litio vengono inseriti nel materiale dell’elettrodo negativo è notevolmente ridotta. Quando l’alimentatore esterno viene caricato a una potenza superiore alla potenza consentita della batteria, una grande quantità di ioni di litio si accumula attorno all’elettrodo negativo e gli ioni di litio incorporati nell’elettrodo sono troppo tardi per ottenere elettroni e quindi depositarsi direttamente sull’elettrodo. superficie dell’elettrodo per formare cristalli elementari di litio. Il dendrite cresce, penetra direttamente nel diaframma e perfora l’elettrodo positivo. Provoca un cortocircuito tra gli elettrodi positivo e negativo, che a sua volta porta alla fuga termica.

Oltre al grave deterioramento della capacità di scarica, le batterie agli ioni di litio non possono essere caricate a basse temperature. Durante la carica a bassa temperatura, l’intercalazione degli ioni di litio sull’elettrodo di grafite della batteria e la reazione di placcatura al litio coesistono e competono tra loro. In condizioni di bassa temperatura, la diffusione degli ioni di litio nella grafite viene inibita e la conduttività dell’elettrolita diminuisce, il che porta a una diminuzione della velocità di intercalazione e rende più probabile la reazione di placcatura del litio sulla superficie della grafite. Le ragioni principali della diminuzione della durata delle batterie agli ioni di litio quando utilizzate a basse temperature sono l’aumento dell’impedenza interna e il degrado della capacità dovuto alla precipitazione degli ioni di litio.

8. Buona sicurezza

La sicurezza delle batterie agli ioni di litio include non solo la stabilità dei materiali interni, ma anche l’efficacia delle misure ausiliarie di sicurezza della batteria. La sicurezza dei materiali interni si riferisce ai materiali positivi e negativi, diaframma ed elettrolita, che hanno una buona stabilità termica, una buona compatibilità tra l’elettrolita e il materiale dell’elettrodo e una buona resistenza alla fiamma dell’elettrolita stesso. Le misure ausiliarie di sicurezza si riferiscono al design della valvola di sicurezza della cella, al design del fusibile, al design della resistenza sensibile alla temperatura e la sensibilità è appropriata. Dopo che una singola cella si guasta, può impedire la diffusione del guasto e servire allo scopo di isolamento.

9. Buona consistenza

Attraverso l'”effetto canna” comprendiamo l’importanza della costanza della batteria. La coerenza si riferisce alle celle della batteria utilizzate nello stesso pacco batteria, la capacità, la tensione a circuito aperto, la resistenza interna, l’autoscarica e altri parametri sono estremamente piccoli e le prestazioni sono simili. Se la consistenza della cella della batteria con le proprie eccellenti prestazioni non è buona, la sua superiorità viene spesso appianata dopo la formazione del gruppo. Gli studi hanno dimostrato che la capacità del pacco batteria dopo il raggruppamento è determinata dalla cella con capacità più piccola e che la durata del pacco batteria è inferiore alla vita della cella più corta.