高品質のリチウムイオン電池の要件は何ですか？ 一般的に、高品質のリチウムイオン電池を測定するには、長寿命、高エネルギー密度、信頼性の高い安全性能が前提条件です。 リチウムイオン電池は現在、日常生活のあらゆる面で使用されていますが、メーカーやブランドが異なります。 リチウムイオン電池の耐用年数と安全性能にはいくつかの違いがあり、これらは製造プロセスの基準と製造材料に密接に関連しています。 以下の条件は、高品質のリチウムイオンの条件でなければなりません。

1。 長寿命

二次電池の寿命には、サイクル寿命とカレンダー寿命の80つの指標が含まれます。 サイクル寿命とは、バッテリーがメーカーによって約束されたサイクル数を経験した後でも、残りの容量が80％以上であることを意味します。 カレンダー寿命とは、使用の有無にかかわらず、メーカーが約束した期間内に残り容量がXNUMX％以上であることを意味します。

寿命は、パワーリチウム電池の重要な指標のXNUMXつです。 一方では、バッテリーを交換するという大きな行動は本当に面倒であり、ユーザーエクスペリエンスは良くありません。 一方、基本的に、人生はコストの問題です。

リチウムイオン電池の寿命は、使用期間後、電池の容量が公称容量（室温25°C、標準大気圧、および電池容量の70％が0.2Cで放電）に低下することを意味します。 、そして人生は人生の終わりと見なすことができます。 業界では、サイクル寿命は通常、完全に充電および放電されたリチウムイオン電池のサイクル数によって計算されます。 使用の過程で、リチウムイオン電池の内部で不可逆的な電気化学反応が起こり、電解質の分解、活物質の失活、正極構造と負極構造の崩壊などの容量の低下につながります。リチウムイオンのインターカレーションとデインターカレーションの数の減少につながります。 待って。 実験によると、放電率が高いほど、容量の減衰が速くなります。 放電電流が低い場合、バッテリー電圧は平衡電圧に近くなり、より多くのエネルギーを放出する可能性があります。

三元リチウムイオン電池の理論寿命は約800サイクルであり、市販の充電式リチウムイオン電池の中では中程度です。 リン酸鉄リチウムは約2,000サイクルですが、チタン酸リチウムは10,000サイクルに達することができると言われています。 現在、主流の電池メーカーは、三元電池セルの仕様で500倍以上（標準状態での充電と放電）を約束しています。 ただし、バッテリーをバッテリーパックに組み立てた後、一貫性の問題により、最も重要な要素は電圧と内部です。抵抗は完全に同じにすることはできず、そのサイクル寿命は約400倍です。 推奨されるSOC使用ウィンドウは10％〜90％です。 深い充電と放電はお勧めしません。そうしないと、バッテリーの正と負の構造に不可逆的な損傷を与える可能性があります。 浅い充電と浅い放電で計算すると、サイクル寿命は少なくとも1000倍になります。 また、高速高温環境でリチウムイオン電池を頻繁に放電すると、電池寿命が200分のXNUMXに大幅に短縮されます。

2.メンテナンスが少なく、使用コストが低い

バッテリー自体はキロワット時あたりの価格が低く、これが最も直感的なコストです。 上記に加えて、ユーザーにとって、コストが本当に低いかどうかは、「電気のライフサイクル全体のコスト」に依存します。

「電気のフルライフサイクルコスト」、パワーリチウムバッテリーの総電力にサイクル数を掛けて、バッテリーのフルライフサイクルで使用できる総電力量と、バッテリーパックをこの合計で割って、ライフサイクル全体の電力XNUMXキロワットあたりの価格を求めます。

私たちが通常話している1,500元/ kWhなどのバッテリー価格は、新しいバッテリーセルの総エネルギーにのみ基づいています。 実際、単位寿命あたりの電気代は、最終顧客の直接的な利益です。 最も直感的な結果は、同じ電力で同じ価格で50つのバッテリーパックを購入した場合、100つはXNUMX回の充電と放電で寿命に達し、もうXNUMXつはXNUMX回の充電と放電で再利用できるということです。 これらのXNUMXつのバッテリーパックは一目でより安価に見ることができます。

率直に言って、それは長寿命で耐久性があり、コストを削減します。

上記のXNUMXつのコストに加えて、バッテリーのメンテナンスコストも考慮する必要があります。 初期費用を考慮し、問題のあるセルを選択するだけで、後の保守費用と人件費が高すぎます。 バッテリーセル自体のメンテナンスについては、手動バランシングを参照することが重要です。 BMSに組み込まれている等化機能は、独自の設計等化電流のサイズによって制限され、セル間の理想的なバランスを実現できない場合があります。 時間の経過とともに、バッテリーパック内の過度の圧力差の問題が発生します。 このような状況では、手動でイコライゼーションを実行する必要があり、電圧が低すぎるバッテリーセルは個別に充電されます。 この状況の頻度が低いほど、メンテナンスコストは低くなります。

3.高エネルギー密度/高電力密度

エネルギー密度とは、単位重量または単位体積に含まれるエネルギーを指します。 バッテリーの平均単位体積または質量によって放出される電気エネルギー。 一般に、同じ体積で、リチウムイオン電池のエネルギー密度は、ニッケルカドミウム電池の2.5倍、ニッケル水素電池の1.8倍です。 したがって、電池容量が等しい場合、リチウムイオン電池はニッケルカドミウム電池やニッケル水素電池よりも優れています。 小型軽量化。

バッテリーエネルギー密度=バッテリー容量×放電プラットフォーム/バッテリーの厚さ/バッテリーの幅/バッテリーの長さ。

電力密度とは、単位重量または単位体積あたりの最大放電電力の値を指します。 道路車両の限られたスペースでは、密度を上げることによってのみ、全体的なエネルギーと全体的なパワーを効果的に改善することができます。 また、現状の補助金は、エネルギー密度と電力密度を閾値として補助金の水準を測定することで、密度の重要性をさらに高めています。

しかし、エネルギー密度と安全性の間には一定の矛盾があります。 エネルギー密度が増加するにつれて、安全性は常に新しく、より困難な課題に直面します。

4.高電圧

グラファイト電極は基本的にアノード材料として使用されるため、リチウムイオン電池の電圧は主にカソード材料の材料特性によって決定されます。 リン酸鉄リチウムの電圧の上限は3.6V、三元リチウムおよびマンガン酸リチウム電池の最大電圧は約4.2Vです（次のパートでは、リチウムイオン電池の最大電圧が4.2Vを超えられない理由を説明します） ）。 高電圧電池の開発は、リチウムイオン電池がエネルギー密度を高めるための技術的なルートです。 セルの出力電圧を上げるには、高電位の正極材料、低電位の負極材料、安定した高電圧の電解質が必要です。

5.高いエネルギー効率

充電効率とも呼ばれるクーロン効率は、同じサイクル中の充電容量に対するバッテリー放電容量の比率を指します。 つまり、特定の容量を充電するための放電固有の容量の割合です。

正極材料の場合、リチウム挿入容量/リチウム容量、つまり放電容量/充電容量です。 負極材料の場合、リチウム除去容量/リチウム挿入容量、つまり放電容量/充電容量です。

充電プロセス中に電気エネルギーが化学エネルギーに変換され、放電プロセス中に化学エネルギーが電気エネルギーに変換されます。 XNUMXつの変換プロセス中の電気エネルギーの入力と出力には一定の効率があり、この効率はバッテリーの性能を直接反映しています。

専門的な物理学の観点から、クーロン効率とエネルギー効率は異なります。 XNUMXつは電気の比率で、もうXNUMXつは仕事の比率です。

蓄電池のエネルギー効率とクーロン効率ですが、数式からは電圧の関係があります。 充電と放電の平均電圧は等しくなく、放電の平均電圧は一般に充電の平均電圧よりも低い

バッテリーの性能は、バッテリーのエネルギー効率によって判断できます。 エネルギー保存の法則から、失われた電気エネルギーは主に熱エネルギーに変換されます。 したがって、エネルギー効率は、作業プロセス中にバッテリーによって生成された熱を分析することができ、次に、内部抵抗と熱との関係を分析することができます。 そして、エネルギー効率はバッテリーの残りのエネルギーを予測し、バッテリーの合理的な使用を管理できることが知られています。

入力電力は活物質を帯電状態に変換するために使用されないことが多いが、その一部が消費されるため（たとえば、不可逆的な副反応が発生する）、クーロン効率は100％未満になることがよくあります。 しかし、現在のリチウムイオン電池に関する限り、クーロン効率は基本的に99.9％以上に達する可能性があります。

影響を与える要因：電解質の分解、界面の不動態化、電極活物質の構造、形態、および導電率の変化は、クーロン効率を低下させます。

さらに、バッテリーの減衰はクーロン効率にほとんど影響を与えず、温度とはほとんど関係がないことを言及する価値があります。

電流密度は、単位面積あたりに流れる電流のサイズを反映しています。 電流密度が増加すると、スタックを通過する電流が増加し、内部抵抗により電圧効率が低下し、濃度分極などの理由によりクーロン効率が低下します。 最終的にはエネルギー効率の低下につながります。

6.良好な高温性能

リチウムイオン電池は高温性能が優れているため、電池コアは高温環境にあり、電池のプラスとマイナスの材料、セパレーター、電解質も良好な安定性を維持し、高温で正常に動作します。人生は加速されません。 高温は熱暴走事故を引き起こすのは簡単ではありません。

リチウムイオン電池の温度は電池の熱状態を示しており、その本質はリチウムイオン電池の発熱と伝熱の結果です。 リチウムイオン電池の熱特性と、さまざまな条件下での発熱および熱伝達特性を研究することで、リチウムイオン電池内の発熱化学反応の重要な方法を理解することができます。

リチウムイオン電池の危険な動作（電池の過充電と過放電、急速な充電と放電、短絡、機械的乱用状態、高温熱衝撃など）は、電池内部で危険な副次反応を引き起こし、熱を発生させ、ネガティブ電極を直接破壊する可能性があります。正極表面のパッシベーションフィルム。

電池温度が130℃まで上昇すると、負極表面のSEI膜が分解し、高活性リチウムカーボン負極が電解液にさらされて激しい酸化還元反応を起こし、その熱が発生すると、バッテリーが高リスク状態になります。

電池の内部温度が200℃を超えると、正極表面のパッシベーション膜が正極を分解して酸素を発生させ、電解液と激しく反応して大量の熱を発生させ、高い内圧を発生させます。 。 バッテリーの温度が240°Cを超えると、リチウムカーボン負極とバインダーの間で激しい発熱反応が起こります。

リチウムイオン電池の温度問題は、リチウムイオン電池の安全性に大きな影響を与えます。 使用環境自体には一定の温度があり、使用時にリチウムイオン電池の温度も表示されます。 重要なことは、温度がリチウムイオン電池内の化学反応に大きな影響を与えるということです。 温度が高すぎると、リチウムイオン電池の耐用年数が損なわれる可能性があり、ひどい場合には、リチウムイオン電池の安全上の問題が発生します。

7.良好な低温性能

リチウムイオン電池は低温性能が良好です。つまり、低温でも、電池内のリチウムイオンと電極材料は、高い活性、高い残留容量、放電容量の低下の低減、および大きな許容充電率を維持します。

温度が下がると、リチウムイオン電池の残りの容量は加速状態に減衰します。 温度が低いほど、容量の減衰が速くなります。 低温での強制充電は非常に有害であり、熱暴走事故を起こしやすい。 低温では、リチウムイオンと電極活物質の活性が低下し、リチウムイオンが負極材料に挿入される速度が大幅に低下します。 外部電源をバッテリーの許容電力を超える電力で充電すると、負極の周囲に大量のリチウムイオンが蓄積し、電極に埋め込まれたリチウムイオンが遅すぎて電子を取得できず、直接電極に付着します。リチウム元素結晶を形成するための電極の表面。 デンドライトは成長し、ダイヤフラムに直接浸透し、正極を貫通します。 正極と負極の間に短絡を引き起こし、それが熱暴走につながります。

放電容量の大幅な低下に加えて、リチウムイオン電池は低温で充電できません。 低温充電時には、電池の黒鉛電極へのリチウムイオンのインターカレーションとリチウムめっき反応が共存し、競合します。 低温条件下では、グラファイト中のリチウムイオンの拡散が抑制され、電解質の導電率が低下するため、インターカレーション率が低下し、グラファイト表面でリチウムめっき反応が起こりやすくなります。 低温で使用した場合にリチウムイオン電池の寿命が短くなる主な理由は、内部インピーダンスの増加とリチウムイオンの析出による容量の低下です。

8.優れたセキュリティ

リチウムイオン電池の安全性には、内部材料の安定性だけでなく、電池の安全補助対策の有効性も含まれます。 内部材料の安全性とは、正と負の材料、ダイアフラムと電解質を指します。これらは、優れた熱安定性、電解質と電極材料間の優れた適合性、および電解質自体の優れた難燃性を備えています。 安全補助措置は、セルの安全弁の設計、ヒューズの設計、温度に敏感な抵抗の設計を参照し、感度は適切です。 単一のセルに障害が発生した後、障害が広がるのを防ぎ、分離の目的を果たすことができます。

9.良好な一貫性

「バレル効果」を通じて、バッテリーの一貫性の重要性を理解しています。 一貫性とは、同じバッテリーパックで使用されるバッテリーセルを指し、容量、開回路電圧、内部抵抗、自己放電などのパラメーターは非常に小さく、パフォーマンスは類似しています。 バッテリーセル自体の優れた性能との整合性が良くない場合、グループが形成された後、その優位性が滑らかになることがよくあります。 調査によると、グループ化後のバッテリーパックの容量は、最小容量のセルによって決定され、バッテリーパックの寿命は最短のセルの寿命よりも短くなります。