고품질 리튬 이온 배터리에 대한 요구 사항은 무엇입니까? 일반적으로 긴 수명, 높은 에너지 밀도 및 안정적인 안전 성능은 고품질 리튬 이온 배터리를 측정하기 위한 전제 조건입니다. 리튬 이온 배터리는 현재 일상 생활의 모든 측면에서 사용되지만 제조업체 또는 브랜드가 다릅니다. 생산 공정 표준 및 생산 재료와 밀접한 관련이 있는 리튬 이온 배터리의 수명 및 안전 성능에는 약간의 차이가 있습니다. 다음 조건은 고품질 리튬 이온을 위한 조건이어야 합니다.

1. 긴 수명

이차 전지의 수명은 주기 수명과 달력 수명의 두 가지 지표를 포함합니다. 사이클 수명은 배터리가 제조업체에서 약속한 사이클 수를 경험한 후에도 남아 있는 용량이 여전히 80% 이상임을 의미합니다. 달력 수명이란 사용 여부에 관계없이 제조업체가 약속한 기간 내에 남은 용량이 80% 이상이어야 함을 의미합니다.

수명은 전원 리튬 배터리의 주요 지표 중 하나입니다. 한편으로 배터리를 교체하는 큰 작업은 정말 번거롭고 사용자 경험이 좋지 않습니다. 반면에 생명은 근본적으로 비용 문제입니다.

리튬 이온 배터리의 수명이란 배터리 용량이 일정 기간 사용 후 공칭 용량(실온 25°C, 표준 대기압 및 70C에서 방전된 배터리 용량의 0.2%)으로 감소하는 것을 의미합니다. , 그리고 인생은 인생의 끝으로 간주될 수 있습니다. 업계에서 사이클 수명은 일반적으로 완전히 충전 및 방전된 리튬 이온 배터리의 사이클 수로 계산됩니다. 사용과정에서 리튬이온전지 내부에서 비가역적인 전기화학적 반응이 일어나 전해액의 분해, 활물질의 비활성화, 양극과 음극 구조의 붕괴 등 용량 감소를 초래한다. 리튬 이온의 인터칼레이션 및 디인터칼레이션 횟수가 감소합니다. 기다리다. 실험에 따르면 방전율이 높을수록 용량이 더 빨리 감쇠됩니다. 방전 전류가 낮으면 배터리 전압이 평형 전압에 가까워져 더 많은 에너지를 방출할 수 있습니다.

800원 리튬 이온 배터리의 이론 수명은 약 2,000주기로 상용 리튬 이온 이차 전지 중 중간 수준이다. 인산철리튬은 약 10,000회 사이클인 반면, 티탄산리튬은 500회에 달할 수 있다고 합니다. 현재 주류 배터리 제조업체는 삼원 배터리 셀 사양에서 400회 이상(표준 조건에서 충전 및 방전)을 약속합니다. 그러나 배터리를 배터리 팩에 조립한 후 일관성 문제로 인해 가장 중요한 요소는 전압과 내부 저항이 정확히 같을 수 없으며 사이클 수명은 약 10배입니다. 권장 SOC 사용 범위는 90%~1000%입니다. 완전 충전 및 방전은 권장하지 않습니다. 그렇지 않으면 배터리의 양극 및 음극 구조에 돌이킬 수 없는 손상을 줄 수 있습니다. 얕은 충전과 얕은 방전으로 계산하면 사이클 수명은 최소 200배가 됩니다. 또한, 리튬이온 배터리는 고속 및 고온 환경에서 자주 방전될 경우 배터리 수명이 XNUMX배 미만으로 급격히 감소합니다.

2. 유지 보수가 적고 사용 비용이 저렴합니다.

배터리 자체는 가장 직관적인 비용인 킬로와트시당 가격이 저렴합니다. 위에서 언급한 것 외에도 사용자의 경우 비용이 실제로 낮은지 여부는 “전기의 전체 수명 주기 비용”에 따라 다릅니다.

“전기의 전체 수명 주기 비용”은 전력 리튬 배터리의 총 전력에 주기 수를 곱하여 배터리의 전체 수명 주기 동안 사용할 수 있는 전력의 총량과 배터리의 총 가격을 구합니다. 배터리 팩을 이 합계로 나누어 전체 수명 주기에서 전기 킬로와트당 가격을 구합니다.

우리가 일반적으로 이야기하는 1,500위안/kWh와 같은 배터리 가격은 새 배터리 셀의 총 에너지만을 기준으로 합니다. 실제로 단위 수명당 전기 비용은 최종 고객의 직접적인 이익입니다. 가장 직관적인 결과는 같은 가격에 같은 전력의 배터리 팩 50개를 구입하면 하나는 100회 충방전하면 수명이 다하고, 다른 하나는 XNUMX회 충방전하면 재사용할 수 있다는 점이다. 이 두 개의 배터리 팩이 더 저렴하다는 것을 한 눈에 알 수 있습니다.

직설적으로 말하면 수명이 길고 내구성이 있으며 비용이 절감됩니다.

위의 두 가지 비용 외에도 배터리 유지 관리 비용도 고려해야 합니다. 단순히 초기 비용을 고려하고 문제 셀을 선택하면 나중에 유지 관리 비용과 인건비가 너무 높습니다. 배터리 셀 자체의 유지 관리와 관련하여 수동 밸런싱을 참조하는 것이 중요합니다. BMS의 내장 이퀄라이제이션 기능은 자체 설계 이퀄라이제이션 전류의 크기에 의해 제한되며 셀 간의 이상적인 균형을 달성하지 못할 수 있습니다. 시간이 지남에 따라 배터리 팩의 과도한 압력 차이 문제가 발생합니다. 이러한 상황에서는 수동 이퀄라이제이션을 수행해야 하며 전압이 너무 낮은 배터리 셀은 별도로 충전됩니다. 이 상황의 빈도가 낮을수록 유지 보수 비용이 낮아집니다.

3. 고에너지 밀도/고출력 밀도

에너지 밀도는 단위 중량 또는 단위 부피에 포함된 에너지를 나타냅니다. 배터리의 평균 단위 부피 또는 질량에 의해 방출되는 전기 에너지. 일반적으로 같은 부피에서 리튬 이온 배터리의 에너지 밀도는 니켈 카드뮴 배터리의 2.5배, 니켈 수소 배터리의 1.8배입니다. 따라서 배터리 용량이 같을 때 리튬 이온 배터리는 니켈 카드뮴 및 니켈 수소 배터리보다 우수합니다. 더 작은 크기와 더 가벼운 무게.

배터리 에너지 밀도 = 배터리 용량 × 방전 플랫폼/배터리 두께/배터리 너비/배터리 길이.

전력 밀도는 단위 중량 또는 부피당 최대 방전 전력 값을 나타냅니다. 도로 차량의 제한된 공간에서 밀도를 높이는 것만으로 전체 에너지와 전체 출력을 효과적으로 개선할 수 있습니다. 또한 현행 국가보조금은 에너지밀도와 전력밀도를 기준으로 보조금 수준을 측정하고 있어 밀도의 중요성이 더욱 강조되고 있다.

그러나 에너지 밀도와 안전성 사이에는 일정한 모순이 있습니다. 에너지 밀도가 증가함에 따라 안전은 항상 새롭고 더 어려운 문제에 직면하게 될 것입니다.

4. 고전압

흑연 전극은 기본적으로 음극재로 사용되기 때문에 리튬이온전지의 전압은 주로 양극재의 물질적 특성에 의해 결정된다. 리튬 철 인산염의 전압 상한은 3.6V이고 삼원 리튬 및 리튬 망간산 배터리의 최대 전압은 약 4.2V입니다(다음 부분에서 설명할 것입니다. 리튬 이온 배터리의 최대 전압이 4.2V를 초과할 수 없는 이유 ). 고전압 배터리의 개발은 에너지 밀도를 높이기 위한 리튬 이온 배터리의 기술적 경로입니다. 셀의 출력 전압을 높이려면 전위가 높은 양극재, 전위가 낮은 음극재, 고전압이 안정적인 전해질이 필요하다.

5. 높은 에너지 효율

충전 효율이라고도 하는 쿨롱 효율은 동일한 주기 동안 충전 용량에 대한 배터리 방전 용량의 비율을 나타냅니다. 즉, 충전용량에 대한 방전용량의 백분율이다.

양극 물질의 경우 리튬 삽입 용량/탈리튬 용량, 즉 방전 용량/충전 용량입니다. 음극재의 경우 리튬 제거 용량/리튬 삽입 용량, 즉 방전 용량/충전 용량입니다.

충전 과정에서 전기 에너지가 화학 에너지로 변환되고, 방전 과정에서 화학 에너지가 전기 에너지로 변환됩니다. 두 가지 변환 과정에서 전기 에너지의 입력과 출력에는 일정한 효율이 있으며 이 효율은 배터리의 성능을 직접적으로 반영합니다.

전문 물리학의 관점에서 쿨롱 효율과 에너지 효율은 다릅니다. 하나는 전기의 비율이고 다른 하나는 일의 비율입니다.

축전지의 에너지 효율과 쿨롱 효율을 나타내지만 수학적으로는 둘 사이에 전압 관계가 있다. 평균 충전 및 방전 전압이 같지 않으며 평균 방전 전압은 일반적으로 평균 충전 전압보다 낮습니다.

배터리의 성능은 배터리의 에너지 효율로 판단할 수 있습니다. 에너지 보존에서 손실된 전기 에너지는 주로 열 에너지로 변환됩니다. 따라서 에너지 효율은 작업 과정에서 배터리에서 발생하는 열을 분석하고 내부 저항과 열 사이의 관계를 분석할 수 있습니다. 그리고 에너지 효율은 배터리의 남은 에너지를 예측하고 배터리의 합리적인 사용을 관리할 수 있는 것으로 알려져 있습니다.

입력 전력은 활물질을 충전 상태로 전환하는 데 사용되지 않고 일부가 소모되기 때문에(예: 비가역적 부반응이 발생함) 쿨롱 효율이 100% 미만인 경우가 많습니다. 그러나 현재의 리튬 이온 배터리에 관한 한 쿨롱 효율은 기본적으로 99.9% 이상에 도달할 수 있습니다.

영향 요인: 전해질 분해, 계면 패시베이션, 구조 변화, 형태 및 전극 활물질의 전도도는 쿨롱 효율을 감소시킵니다.

또한 배터리 부식은 쿨롱 효율에 거의 영향을 미치지 않으며 온도와 거의 관련이 없다는 점을 언급할 가치가 있습니다.

전류 밀도는 단위 면적당 흐르는 전류의 크기를 반영합니다. 전류 밀도가 증가할수록 스택에 흐르는 전류가 증가하고 내부 저항으로 인해 전압 효율이 감소하며 농도 분극 등으로 인해 쿨롱 효율이 감소합니다. 결국 에너지 효율 저하로 이어집니다.

6. 좋은 고온 성능

리튬 이온 배터리는 고온 성능이 좋기 때문에 배터리 코어가 더 높은 온도 환경에 있으며 배터리의 양극 및 음극 재료, 분리기 및 전해질도 좋은 안정성을 유지할 수 있으며 고온에서 정상적으로 작동할 수 있습니다. 삶이 가속화되지 않을 것입니다. 고온은 열폭주 사고를 일으키기 쉽지 않습니다.

리튬 이온 배터리의 온도는 배터리의 열 상태를 나타내며, 그 본질은 리튬 이온 배터리의 발열과 열 전달의 결과입니다. 리튬 이온 배터리의 열 특성과 다양한 조건에서의 열 발생 및 열 전달 특성을 연구하면 리튬 이온 배터리 내부의 발열 화학 반응의 중요한 방식을 알 수 있습니다.

배터리 과충전 및 과방전, 급속 충전 및 방전, 단락, 기계적 남용 조건 및 고온 열 충격을 포함한 리튬 이온 배터리의 안전하지 않은 동작은 배터리 내부의 위험한 부반응을 쉽게 촉발하고 열을 발생시켜 음극을 직접 파괴할 수 있습니다. 양극 표면의 보호막.

전지 온도가 130°C까지 상승하면 음극 표면의 SEI 필름이 분해되어 고활성 리튬 탄소 음극이 전해질에 노출되어 격렬한 산화 환원 반응을 일으키고 그 열이 발생하면 배터리가 고위험 상태가 됩니다.

전지 내부 온도가 200℃ 이상으로 상승하면 양극 표면의 보호막이 양극을 분해하여 산소를 발생시키고 전해질과 계속 격렬하게 반응하여 많은 양의 열을 발생시키고 높은 내부 압력을 형성합니다. . 배터리 온도가 240°C 이상에 도달하면 리튬 탄소 음극과 바인더 사이에 격렬한 발열 반응이 동반됩니다.

리튬 이온 배터리의 온도 문제는 리튬 이온 배터리의 안전성에 큰 영향을 미칩니다. 사용 환경 자체에 일정한 온도가 있으며, 리튬 이온 배터리의 온도도 사용 시 나타납니다. 중요한 것은 온도가 리튬 이온 배터리 내부의 화학 반응에 더 큰 영향을 미친다는 것입니다. 너무 높은 온도는 리튬 이온 배터리의 수명까지 손상시킬 수 있으며 심할 경우 리튬 이온 배터리의 안전 문제를 일으킬 수 있습니다.

7. 좋은 저온 성능

리튬 이온 배터리는 저온 성능이 좋기 때문에 저온에서도 배터리 내부의 리튬 이온 및 전극 재료가 여전히 높은 활성, 높은 잔류 용량, 감소된 방전 용량 저하 및 큰 허용 충전율을 유지합니다.

온도가 떨어지면 리튬 이온 배터리의 남은 용량이 감소하여 가속 상황이 됩니다. 온도가 낮을수록 용량 감소가 더 빠릅니다. 저온에서의 강제 충전은 매우 유해하며 열폭주 사고를 일으키기 매우 쉽습니다. 저온에서는 리튬 이온 및 전극 활물질의 활성이 감소하고, 리튬 이온이 음극재에 삽입되는 속도가 크게 저하된다. 외부 전원 공급 장치가 배터리의 허용 전력을 초과하는 전력으로 충전되면 음극 주변에 많은 양의 리튬 이온이 축적되고 전극에 내장된 리튬 이온이 너무 늦게 전자를 얻어 전극에 직접 증착됩니다. 전극의 표면이 리튬 원소 결정을 형성합니다. 덴드라이트는 성장하여 다이어프램을 직접 관통하고 양극을 관통합니다. 양극과 음극 사이에 단락이 발생하여 열 폭주가 발생합니다.

방전 용량의 심각한 저하 외에도 리튬 이온 배터리는 저온에서 충전할 수 없습니다. 저온 충전 시 전지의 흑연 전극에 리튬 이온의 층간삽입과 리튬 도금 반응이 공존하며 서로 경쟁한다. 저온 조건에서 흑연 내 리튬 이온의 확산이 억제되고 전해질의 전도도가 감소하여 인터칼레이션 속도가 감소하고 흑연 표면에서 리튬 도금 반응이 일어나기 쉽습니다. 리튬이온전지의 저온사용시 수명이 단축되는 주된 원인은 내부임피던스의 증가와 리튬이온의 석출로 인한 용량의 저하이다.

8. 좋은 보안

리튬이온 배터리의 안전성에는 내부 재료의 안정성뿐만 아니라 배터리의 안전 보조 조치의 효율성도 포함됩니다. 내부 재료의 안전성은 양극 및 음극 재료, 격막 및 전해질을 의미하며 열 안정성이 좋고 전해질과 전극 재료의 상용성이 우수하며 전해질 자체의 난연성이 우수합니다. 안전 보조 조치는 셀의 안전 밸브 설계, 퓨즈 설계, 온도에 민감한 저항 설계를 참조하며 감도가 적절합니다. 단일 셀에 장애가 발생한 후 장애 확산을 방지하고 격리 목적으로 사용할 수 있습니다.

9. 좋은 일관성

“배럴 효과”를 통해 배터리 일관성의 중요성을 이해합니다. 일관성은 동일한 배터리 팩에 사용되는 배터리 셀을 말하며 용량, 개방 회로 전압, 내부 저항, 자체 방전 및 기타 매개 변수가 매우 작고 성능이 유사합니다. 전지 자체의 우수한 성능을 가진 전지의 일관성이 좋지 않으면 그룹이 형성되고 나면 그 우월성이 평활화되는 경우가 많습니다. 연구에 따르면 그룹화 후 배터리 팩의 용량은 가장 작은 용량의 셀에 의해 결정되며 배터리 팩의 수명은 가장 짧은 셀의 수명보다 짧습니다.