Жоғары сапалы литий-иондық аккумуляторларға қандай талаптар қойылады? Жалпы айтқанда, ұзақ қызмет ету мерзімі, энергияның жоғары тығыздығы мен қауіпсіздіктің сенімділігі-жоғары сапалы литий-ионды аккумуляторды өлшеудің алғышарттары. Қазіргі уақытта литий-ионды батареялар күнделікті өмірдің барлық аспектілерінде қолданылады, бірақ өндіруші немесе бренд әртүрлі. Литий-иондық аккумуляторлардың қызмет ету мерзімі мен қауіпсіздік көрсеткіштерінің кейбір айырмашылықтары бар, олар өндірістік процестің стандарттарымен және өндіріс материалдарымен тығыз байланысты; келесі шарттар жоғары сапалы литий-ионының шарттары болуы тиіс;

1. Қызмет мерзімі ұзақ

Екінші батареяның қызмет ету мерзімі екі көрсеткішті қамтиды: циклдің қызмет ету мерзімі және күнтізбелік қызмет ету мерзімі. Циклдің қызмет ету мерзімі аккумулятор өндіруші уәде еткен циклдардың санын бастан өткергеннен кейін қалған сыйымдылық әлі де 80%-дан көп немесе тең екенін білдіреді. Күнтізбелік қызмет – бұл қалған қуаттылық өндіруші уәде еткен уақыт ішінде, ол пайдаланылса да, пайдаланылмаса да 80% -дан кем болмауын білдіреді.

Өмір литий батареяларының негізгі көрсеткіштерінің бірі болып табылады. Бір жағынан, батареяны ауыстырудың үлкен әрекеті өте қиын және пайдаланушы тәжірибесі жақсы емес; екінші жағынан, өмір сүру – бұл шығындар мәселесі.

Литий-ионды аккумулятордың қызмет ету мерзімі батареяның сыйымдылығы номиналды сыйымдылыққа дейін (25 ° C бөлме температурасында, стандартты атмосфералық қысым кезінде және 70С температурада зарядталған батарея сыйымдылығының 0.2%) төмендеуін білдіреді. , және өмірді өмірдің соңы деп санауға болады. Өнеркәсіпте циклдің қызмет ету мерзімі әдетте толық зарядталған және таусылған литий-ионды батареялардың циклдерінің санымен есептеледі. Қолдану процесінде литий-ионды аккумулятордың ішінде қайтымсыз электрохимиялық реакция жүреді, бұл электролиттің ыдырауы, белсенді заттардың сөнуі, оң және теріс электрод құрылымдарының ыдырауы сияқты сыйымдылықтың төмендеуіне әкеледі. литий иондарының интеркализациясы мен деинтеркалация санының төмендеуіне әкеледі. Күте тұрыңыз. Тәжірибелер разрядтың жоғары жылдамдығы қуаттың тезірек әлсіреуіне әкелетінін көрсетеді. Разряд тогы төмен болса, аккумулятордың кернеуі тепе-теңдік кернеуіне жақын болады, бұл көбірек энергияны шығаруы мүмкін.

Үштік литий-ионды аккумулятордың теориялық қызмет ету мерзімі шамамен 800 циклді құрайды, бұл коммерциялық қайта зарядталатын литий-иондық аккумуляторлар арасында орташа. Литий темір фосфаты шамамен 2,000 циклды құрайды, ал литий титанаты 10,000 500 циклге жетуі мүмкін деп айтылады. Қазіргі уақытта аккумуляторлық аккумуляторлар өздерінің аккумуляторлық батареяларының сипаттамаларында 400 еседен астам (стандартты жағдайда зарядтау және разрядтау) уәде береді. Батареялар аккумуляторлық батареяға жиналғаннан кейін, консистенция мәселелеріне байланысты, маңызды факторлар кернеу мен ішкі болып табылады. Қарсылық дәл осындай болуы мүмкін емес, және оның циклінің қызмет ету мерзімі шамамен 10 есе. Ұсынылған SOC пайдалану терезесі 90% ~ 1000% құрайды. Терең зарядтау мен разрядтау ұсынылмайды, әйтпесе ол батареяның оң және теріс құрылымына қайтымсыз зақым әкеледі. Егер ол таяз зарядпен және таяз разрядпен есептелсе, цикл мерзімі кемінде 200 есе болады. Бұған қоса, егер литий-ионды батареялар жоғары жылдамдықты және жоғары температуралы орталарда жиі зарядсыздандырылса, батареяның қызмет ету мерзімі XNUMX еседен азаяды.

2. Техникалық қызмет көрсету аз, пайдалану құны төмен

Батареяның өзі киловатт-сағатқа төмен бағаға ие, бұл ең интуитивті баға. Жоғарыда айтылғандардан басқа, пайдаланушылар үшін шығынның шынымен де төмен болуы «электр энергиясының толық өмірлік цикліне» байланысты.

«Электр энергиясының толық өмірлік циклы», литий батареясының жалпы қуаты циклдердің санына көбейтіледі, бұл батареяның толық қызмет ету циклі кезінде қолданылатын қуаттың жалпы мөлшерін және батареяның жалпы бағасын алады. аккумулятор пакеті осы сомаға бөлініп, толық өмірлік циклде бір киловатт электр энергиясының бағасын алады.

Біз әдетте 1,500 юань/кВтсағ туралы айтатын батарея бағасы тек жаңа батарея ұяшығының жалпы энергиясына негізделген. Шын мәнінде, өмір бірлігіне электр энергиясының бағасы түпкі тұтынушының тікелей пайдасы болып табылады. Ең интуитивті нәтиже – егер сіз бірдей қуаттағы екі аккумуляторлық пакетті бірдей бағамен сатып алсаңыз, біреуі 50 рет зарядталғаннан және зарядталғаннан кейін қызмет ету мерзімінің соңына жетеді, ал екіншісі 100 рет зарядталғаннан кейін қайта пайдалануға болады. Бұл екі батареяны бір қарағанда арзанырақ көруге болады.

Бір сөзбен айтқанда, ол ұзақ қызмет етеді, шыдамды және шығындарды азайтады.

Жоғарыда аталған екі шығыннан басқа, аккумулятордың қызмет көрсету құнын да ескеру қажет. Бастапқы құнын қарастырып, проблемалық ұяшықты таңдаңыз, кейінгі техникалық қызмет көрсету құны мен еңбек құны тым жоғары. Батарея ұяшығының қызмет көрсетуіне қатысты қолмен теңестіруді қолдану маңызды. BMS кіріктірілген теңестіру функциясы меншікті конструктивті теңестіру тогының мөлшерімен шектеледі және ұяшықтар арасындағы идеалды тепе-теңдікке қол жеткізе алмауы мүмкін. Уақыт өте келе аккумулятор жинағындағы қысымның шамадан тыс айырмашылығы мәселесі туындайды. Мұндай жағдайларда қолмен теңестіру қажет, ал тым төмен кернеулі батарея ұяшықтары бөлек зарядталады. Бұл жағдайдың жиілігі неғұрлым төмен болса, техникалық қызмет көрсету құны төмендейді.

3. Энергияның жоғары тығыздығы/жоғары қуат тығыздығы

Энергия тығыздығы – бұл бірлік салмақта немесе көлем бірлігінде болатын энергия; аккумулятордың орташа бірлік көлемінен немесе массасынан бөлінетін электр энергиясы. Жалпы алғанда, бірдей көлемде литий-иондық батареялардың энергия тығыздығы никель-кадмий батареяларынан 2.5 есе және никель-сутектік батареялардан 1.8 есе көп. Сондықтан аккумулятор сыйымдылығы тең болған кезде литий-ионды батареялар никель-кадмий және никель-сутегі батареяларына қарағанда жақсырақ болады. Кішірек өлшем және жеңіл салмақ.

Батарея энергиясының тығыздығы = батарея сыйымдылығы × разряд платформасы/батареяның қалыңдығы/батареяның ені/батареяның ұзындығы.

Қуат тығыздығы салмақ немесе көлем бірлігіне келетін максималды разряд қуатының мәнін білдіреді. Жол көліктерінің шектеулі кеңістігінде тек тығыздықты арттыру арқылы жалпы энергия мен жалпы қуатты тиімді жақсартуға болады. Сонымен қатар, қазіргі мемлекеттік субсидиялар субсидия деңгейін өлшеу үшін шекті мән ретінде энергия тығыздығы мен қуат тығыздығын пайдаланады, бұл тығыздықтың маңыздылығын одан әрі күшейтеді.

Дегенмен, энергия тығыздығы мен қауіпсіздік арасында белгілі бір қайшылық бар. Энергия тығыздығы артқан сайын, қауіпсіздік әрқашан жаңа және қиынырақ қиындықтарға тап болады.

4. Жоғары кернеу

Графит электродтары негізінен анодтық материалдар ретінде қолданылатындықтан, литий-иондық батареялардың кернеуі негізінен катодты материалдардың материалдық сипаттамасымен анықталады. Литий темір фосфаты кернеуінің жоғарғы шегі-3.6 В, ал үштік литий мен литий марганат батареяларының максималды кернеуі шамамен 4.2 В құрайды (келесі бөлім түсіндіреді, неге Ли-ионды аккумулятордың максималды кернеуі 4.2 ​​В аспайды? ). Жоғары вольтты батареяларды дамыту энергия тығыздығын арттыру үшін литий-иондық аккумуляторлар үшін техникалық бағыт болып табылады. Ұяшықтың шығыс кернеуін арттыру үшін потенциалы жоғары оң электрод материалы, потенциалы төмен теріс электрод материалы және тұрақты жоғары кернеулі электролит қажет.

5. Жоғары энергия тиімділігі

Кулонның тиімділігі, оны зарядтау тиімділігі деп атайды, сол циклде аккумулятордың зарядтау сыйымдылығының зарядтау қуатына қатынасын білдіреді. Яғни, нақты сыйымдылықты зарядтау үшін разрядтың меншікті сыйымдылығының пайызы.

Позитивті электрод материалы үшін бұл литий енгізу сыйымдылығы/делитий сыйымдылығы, яғни ағызу сыйымдылығы/заряд сыйымдылығы; теріс электрод материалы үшін бұл литийді кетіру қабілеті/литийді кірістіру қабілеті, яғни ағызу сыйымдылығы/заряд сыйымдылығы.

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.

Сақталатын батареяның энергия тиімділігі мен Кулон тиімділігі, бірақ математикалық өрнектен олардың арасында кернеу қатынасы бар. Заряд пен разрядтың орташа кернеуі тең емес, разрядтың орташа кернеуі әдетте зарядтың орташа кернеуінен аз

Батареяның өнімділігін батареяның энергия тиімділігіне қарай бағалауға болады. Энергияның сақталуынан жоғалған электр энергиясы негізінен жылу энергиясына айналады. Сондықтан энергия тиімділігі жұмыс процесінде батарея шығаратын жылуды талдай алады, содан кейін ішкі кедергі мен жылу арасындағы байланысты талдауға болады. Ал энергия тиімділігі аккумулятордың қалған энергиясын болжап, батареяны ұтымды пайдалануды басқара алатыны белгілі.

Кіріс қуаты жиі белсенді материалды зарядталған күйге айналдыру үшін пайдаланылмайтындықтан, бірақ оның бір бөлігі тұтынылатындықтан (мысалы, қайтымсыз жанама реакциялар пайда болады), сондықтан Кулон тиімділігі жиі 100% -дан аз. Бірақ қазіргі литий-иондық батареяларға келетін болсақ, Кулон тиімділігі негізінен 99.9% және одан жоғары болуы мүмкін.

Әсер етуші факторлар: электролиттердің ыдырауы, интерфейстің пассивациясы, электродтық белсенді материалдардың құрылымының, морфологиясының және өткізгіштігінің өзгеруі Кулон тиімділігін төмендетеді.

Сонымен қатар, батареяның ыдырауы Кулон тиімділігіне аз әсер ететінін және температураға аздағанын атап өткен жөн.

Ағымдағы тығыздық ауданның бірлігіне өтетін ток мөлшерін көрсетеді. Токтың тығыздығы артқан сайын стектен өтетін ток күшейеді, кернеудің ПӘК ішкі кедергіге байланысты төмендейді, ал Кулон тиімділігі концентрацияның поляризациясы және басқа себептерге байланысты төмендейді. Ақыр соңында энергия тиімділігінің төмендеуіне әкеледі.

6. Жақсы жоғары температура көрсеткіштері

Литий-ионды аккумуляторлар жоғары температурада жақсы өнімділікке ие, бұл батареяның өзегі жоғары температуралы ортада екенін және батареяның оң және теріс материалдары, сепараторлары мен электролиттері де жақсы тұрақтылықты сақтай алады, жоғары температурада қалыпты жұмыс істей алады және өмір тездетілмейді. Жоғары температура термиялық апатқа әкелуі оңай емес.

Литий-ионды батареяның температурасы батареяның жылулық күйін көрсетеді, ал оның мәні литий-ионды батареяның жылу генерациясының және жылу беруінің нәтижесі болып табылады. Литий-ионды аккумуляторлардың жылулық сипаттамаларын, олардың жылу генерациясы мен әр түрлі жағдайларда жылу беру сипаттамаларын зерттеу литий-ионды аккумуляторлар ішіндегі экзотермиялық химиялық реакциялардың маңызды жолын түсінуге мүмкіндік береді.

Литий-ионды аккумуляторлардың қауіпті әрекеттері, соның ішінде аккумулятордың шамадан тыс зарядталуы мен шамадан тыс зарядталуы, тез зарядталуы мен разрядталуы, қысқа тұйықталу, механикалық теріс пайдалану жағдайлары және жоғары температуралық термиялық соққы аккумулятор ішіндегі қауіпті жанама реакцияларды тез қоздырады және жылу шығарады. оң электродтар бетінде пассивті пленка.

Жасуша температурасы 130 ° C дейін көтерілгенде, теріс электрод бетіндегі SEI пленкасы ыдырайды, нәтижесінде белсенділігі жоғары литий көміртекті теріс электрод электролитке әсер етеді, ол тотығу-тотықсыздану реакциясына ұшырайды. Бұл батареяны қауіпті жағдайға әкеледі.

Батареяның ішкі температурасы 200 ° C-тан жоғары көтерілгенде, оң электрод бетіндегі пассивациялық пленка оттегі алу үшін оң электродты ыдыратады және электролитпен күшті әсер етуді жалғастырып, көп мөлшерде жылу шығарады және жоғары ішкі қысымды құрайды. . Батарея температурасы 240 ° C -тан жоғары болғанда, ол литий -көміртекті теріс электрод пен байланыстырушы арасындағы күшті экзотермиялық реакциямен жүреді.

Литий-ионды батареялардың температуралық мәселесі литий-ионды батареялардың қауіпсіздігіне үлкен әсер етеді. Қолдану ортасы белгілі бір температураға ие, ал литий -ионды батареяның температурасы оны қолданған кезде де пайда болады. Ең бастысы, температура литий-ионды батареяның ішіндегі химиялық реакцияға көбірек әсер етеді. Тым жоғары температура тіпті литий-ионды батареяның қызмет ету мерзімін бұзуы мүмкін, ал ауыр жағдайларда бұл литий-ионды батареяның қауіпсіздік мәселелерін тудырады.

7. Төмен температураның жақсы өнімділігі

Литий-ионды аккумуляторлар төмен температурада жақсы өнімділікке ие, демек батареяның ішіндегі литий иондары мен электрод материалдары әлі де жоғары белсенділікті, жоғары қалдық сыйымдылықты, разрядтық сыйымдылықтың төмендеуін және рұқсат етілген зарядтау жылдамдығын сақтайды.

Температура төмендеген сайын литий-ионды батареяның қалған сыйымдылығы тездетілген жағдайға ыдырайды. Температура неғұрлым төмен болса, сыйымдылық соғұрлым тезірек ыдырайды. Төмен температурада күштеп зарядтау өте зиянды және термиялық апаттарды тудыруы өте оңай. Төмен температурада литий иондарының және электродтық белсенді материалдардың белсенділігі төмендейді, ал теріс электрод материалына литий иондарының ену жылдамдығы айтарлықтай төмендейді. Сыртқы қуат көзі батареяның рұқсат етілген қуатынан асатын қуатпен зарядталғанда, теріс электродтың айналасында литий иондарының көп мөлшері жиналады, ал электродқа енгізілген литий иондары электрондарды алу үшін тым кеш, содан кейін тікелей зарядталады. литий элементтік кристалдарын түзу үшін электродтың беті. Дендрит өсіп, диафрагмаға тікелей еніп, оң электродты тесіп өтеді. Оң және теріс электродтардың арасындағы қысқа тұйықталуды тудырады, бұл өз кезегінде термиялық қашуға әкеледі.

Литий-иондық аккумуляторларды разрядтау қабілетінің күрт нашарлауынан басқа, төмен температурада зарядтауға болмайды. Төмен температурада зарядтау кезінде аккумулятордың графит электродындағы литий иондарының интеркаляциясы және литиймен қаптау реакциясы қатар жүреді және бір-бірімен бәсекелеседі. Төмен температура жағдайында графиттегі литий иондарының диффузиясы тежеледі, ал электролиттің өткізгіштігі төмендейді, бұл интеркалация жылдамдығының төмендеуіне әкеледі және графит бетінде литиймен қаптау реакциясының пайда болу ықтималдығын арттырады. Литий-ионды аккумуляторлардың төмен температурада қолданылу мерзімінің төмендеуінің негізгі себептері-ішкі импеданс пен литий-иондарының тұнбаға түсуіне байланысты сыйымдылықтың нашарлауы.

8. Жақсы қауіпсіздік

Литий-иондық аккумуляторлардың қауіпсіздігі ішкі материалдардың тұрақтылығын ғана емес, сонымен қатар аккумулятор қауіпсіздігінің көмекші шараларының тиімділігін де қамтиды. Ішкі материалдардың қауіпсіздігіне термиялық тұрақтылығы жақсы, электролит пен электрод материалы арасындағы жақсы үйлесімділік және электролиттің өзінен жақсы отқа төзімділігі бар оң және теріс материалдарды, диафрагма мен электролит жатады. Қауіпсіздік көмекші шаралары ұяшықтың сақтандырғыш клапанының конструкциясына, сақтандырғыш конструкциясына, температураға сезімтал қарсылық конструкциясына жатады және сезімталдық сәйкес келеді. Бір ұяшық істен шыққаннан кейін ол ақаудың таралуын болдырмайды және оқшаулау мақсатына қызмет етеді.

9. Жақсы консистенция

«Бөшке әсері» арқылы біз батареяның тұрақтылығының маңыздылығын түсінеміз. Консистенциясы бір батарея жинағында қолданылатын батарея ұяшықтарына жатады, сыйымдылығы, ашық тізбектегі кернеуі, ішкі кедергісі, өздігінен разрядталуы және басқа параметрлері өте аз және өнімділігі ұқсас. Өзінің тамаша өнімділігі бар аккумулятор ұяшығының консистенциясы жақсы болмаса, оның артықшылығы көбінесе топ құрылғаннан кейін тегістеледі. Зерттеулер топтастырудан кейін батарея жинағының сыйымдылығы ең кіші сыйымдылық ұяшығымен анықталатынын және батарея жинағының қызмет ету мерзімі ең қысқа ұяшықтың қызмет ету мерзімінен аз екенін көрсетті.