Жогорку сапаттагы литий-иондук батарейкаларга кандай талаптар коюлат? Жалпысынан алганда, узак өмүр, жогорку энергия тыгыздыгы жана ишенимдүү коопсуздук көрсөткүчтөрү жогорку сапаттагы литий-иондук батареяны өлчөө үчүн зарыл шарттар болуп саналат. Литий-иондук батарейкалар учурда күнүмдүк жашоонун бардык аспектилеринде колдонулат, бирок өндүрүүчүсү же бренди башкача. Өндүрүш процессинин стандарттары жана өндүрүш материалдары менен тыгыз байланышкан литий-иондук батарейкалардын кызмат мөөнөтү жана коопсуздук көрсөткүчтөрүндө айрым айырмачылыктар бар; төмөнкү шарттар жогорку сапаттагы литий-ион үчүн шарттар болушу керек;

1. Узак кызмат мөөнөтү

Экинчи батареянын иштөө мөөнөтү эки көрсөткүчтү камтыйт: циклдин иштөө мөөнөтү жана календардык иштөө мөөнөтү. Циклдин иштөө мөөнөтү батареянын өндүрүүчү убада кылган циклдердин санын башынан өткөргөндөн кийин, калган кубаттуулук дагы эле 80%дан жогору же барабар экенин билдирет. Календарлык иштөө мөөнөтү калган кубаттуулук, ал колдонулган же колдонулбаганына карабастан, өндүрүүчү убада кылган мөөнөттө 80% дан кем болбошу керек дегенди билдирет.

Өмүр кубаттуу литий батареяларынын негизги көрсөткүчтөрүнүн бири болуп саналат. Бир жагынан алганда, батареяны алмаштыруу боюнча чоң иш-аракет чынында эле кыйынчылык жана колдонуучу тажрыйбасы жакшы эмес; экинчи жагынан, негизи, жашоо наркы маселе болуп саналат.

Литий-иондук батарейканын иштөө мөөнөтү батареянын сыйымдуулугу номиналдык сыйымдуулукка чейин (25°C бөлмө температурасында, стандарттуу атмосфералык басымда жана 70Cде зарядсызданган батареянын сыйымдуулугунун 0.2%ы) бир нече убакыттан кийин азайышын билдирет. , ал эми жашоону жашоонун аягы катары кароого болот. Өнөр жайда циклдин иштөө мөөнөтү жалпысынан литий-иондук батареялардын толук заряддалган жана зарядсызданган циклдарынын саны менен эсептелет. Колдонуу процессинде литий-иондук аккумулятордун ичинде кайтарылгыс электрохимиялык реакция пайда болот, ал электролиттин ажырашына, активдүү материалдардын деактивацияланышына, оң жана терс электроддук структуралардын кыйрашы сыяктуу кубаттуулуктун төмөндөшүнө алып келет. литий иондорунун интеркалациясынын жана деинтеркалациясынын санынын азайышына алып келет. Күтө туруңуз. Эксперименттер разряддын жогорку ылдамдыгы кубаттуулуктун тезирээк төмөндөшүнө алып келерин көрсөтүп турат. Эгерде разряд агымы аз болсо, батарейканын чыңалуусу тең салмактуулук чыңалууга жакын болот, бул көбүрөөк энергияны бөлүп чыгара алат.

Үчтүк литий-иондук батареянын теориялык иштөө мөөнөтү 800 циклди түзөт, бул коммерциялык кайра заряддалуучу литий-иондук батарейкалардын арасында орточо. Литий темир фосфаты болжол менен 2,000 циклди түзөт, ал эми литий титанаты 10,000 циклге жете алат деп айтылат. Учурда негизги аккумулятор өндүрүүчүлөр үчтүк батарея клеткаларынын спецификацияларында 500 эседен ашык (стандарттык шарттарда заряддоо жана разряд) убада беришет. Бирок, батарейкалар батарея пакетине чогулгандан кийин, ырааттуулук маселелеринен улам, эң маанилүү факторлор – чыңалуу жана ички Каршылык так бирдей болушу мүмкүн эмес жана анын циклинин мөөнөтү 400 эсеге жакын. Сунушталган SOC колдонуу терезеси 10% ~ 90% түзөт. Терең кубаттоо жана заряддоо сунушталбайт, антпесе ал батареянын оң жана терс түзүлүшүнө кайтарылгыс зыян келтирет. Эгерде ал тайыз заряд жана тайыз разряд менен эсептелсе, циклдин өмүрү жок дегенде 1000 эсе болот. Кошумчалай кетсек, литий-иондук батарейкалар жогорку ылдамдыкта жана жогорку температурада бат-баттан кубатталып турса, батареянын иштөө мөөнөтү кескин түрдө 200 эсеге чейин кыскарат.

2. Аз тейлөө, колдонуу наркы төмөн

Батареянын өзү бир киловатт-саат үчүн төмөн баага ээ, бул эң интуитивдик баа. Жогоруда айтылгандардан тышкары, колдонуучулар үчүн, наркы чындап эле төмөн болобу, “электр энергиясынын толук жашоо циклине” көз каранды.

“Электр энергиясынын толук өмүр циклинин наркы”, литий батареясынын жалпы кубаттуулугу батареянын толук өмүр циклинде колдонула турган кубаттуулуктун жалпы көлөмүн жана батареянын жалпы баасын алуу үчүн циклдердин санына көбөйтүлөт. Батарейканын пакети ушул суммага бөлүнөт жана толук өмүр циклинде бир киловатт электр энергиясынын баасын алат.

Биз, адатта, 1,500 юань/кВт саат сыяктуу батарейканын баасы жаңы батареянын клеткасынын жалпы энергиясына гана негизделген. Чындыгында, жашоонун бирдигине электр энергиясынын баасы акыркы кардардын түздөн-түз пайдасы болуп саналат. Эң интуитивдүү натыйжа – эгер сиз бирдей баада эки батарейканы сатып алсаңыз, бири 50 жолу кубатталгандан жана заряддалгандан кийин өмүрүнүн акырына чейин жетет, ал эми экинчиси 100 жолу кубатталгандан кийин кайра колдонулушу мүмкүн. Бул эки батарейканын пакеттерин бир караганда арзаныраак көрүүгө болот.

Ачык айтканда, ал узак мөөнөттүү, бышык жана чыгымдарды азайтат.

Жогорудагы эки чыгымдан тышкары, батарейканын техникалык тейлөөнүн наркын да эске алуу керек. Жөн гана баштапкы бааны карап көрүңүз, көйгөйлүү уячаны тандаңыз, кийинчерээк тейлөө жана эмгек акысы өтө жогору. Батарея клеткасынын өзүн тейлөөгө келсек, кол менен балансташтырууга кайрылуу керек. BMSтин орнотулган теңдөө функциясы өзүнүн дизайндагы теңдөө агымынын өлчөмү менен чектелген жана клеткалар ортосундагы идеалдуу баланска жетише албашы мүмкүн. Убакыттын өтүшү менен, батарейканын топтомундагы басымдын ашыкча айырмасы көйгөйү пайда болот. Мындай учурларда кол менен теңөө жүргүзүлүшү керек жана өтө төмөн чыңалуудагы батарея клеткалары өзүнчө заряддалат. Бул жагдайдын жыштыгы азыраак болсо, тейлөөнүн баасы ошончолук төмөн болот.

3. Жогорку энергия тыгыздыгы/жогорку күч тыгыздыгы

Энергия тыгыздыгы бирдик салмакта же көлөм бирдигинде камтылган энергияны билдирет; батареянын орточо бирдиги же массасы тарабынан чыгарылган электр энергиясы. Жалпысынан, ошол эле көлөмдө, литий-иондук батарейкалардын энергия тыгыздыгы никель-кадмий батареяларына караганда 2.5 эсеге жана никель-водород батареяларына караганда 1.8 эсеге көп. Ошондуктан, батареянын сыйымдуулугу бирдей болгондо, литий-иондук батарейкалар никель-кадмий жана никель-водород батареяларына караганда жакшыраак болот. Кичинекей өлчөм жана жеңил салмак.

Батарея энергиясынын тыгыздыгы = батареянын кубаттуулугу × разряд платформасы/батарейканын калыңдыгы/батарейканын туурасы/батарейканын узундугу.

Кубаттын тыгыздыгы салмагы же көлөм бирдигине максималдуу разряддык кубаттуулуктун маанисин билдирет. Жол транспортунун чектелген мейкиндигинде, тыгыздыгын жогорулатуу менен гана жалпы энергияны жана жалпы кубаттуулукту натыйжалуу жакшыртууга болот. Мындан тышкары, учурдагы мамлекеттик субсидиялар субсидиялардын деңгээлин өлчөө үчүн босого катары энергия тыгыздыгын жана кубаттуулук тыгыздыгын колдонот, бул тыгыздыктын маанилүүлүгүн андан ары күчөтөт.

Бирок, энергиянын тыгыздыгы менен коопсуздуктун ортосунда белгилүү бир карама-каршылык бар. Энергиянын тыгыздыгы жогорулаганда, коопсуздук дайыма жаңы жана татаал кыйынчылыктарга туш болот.

4. Жогорку чыңалуу

Графит электроддору негизинен аноддук материалдар катары колдонулгандыктан, литий-иондук батарейкалардын чыңалышы негизинен катоддук материалдардын материалдык мүнөздөмөлөрү менен аныкталат. Литий темир фосфатынын чыңалуусунун жогорку чеги 3.6V, ал эми үчтүк литий жана литий манганаттын батареяларынын максималдуу чыңалышы болжол менен 4.2V (кийинки бөлүгү эмне үчүн Li-ion батареясынын максималдуу чыңалуусу 4.2V ашпасын түшүндүрөт. ). Жогорку вольттуу аккумуляторлорду иштеп чыгуу литий-иондук батарейкалардын энергиянын тыгыздыгын жогорулатуунун техникалык жолу болуп саналат. Клетканын чыгыш чыңалуусун жогорулатуу үчүн потенциалы жогору болгон оң ​​электрод материалы, аз потенциалдуу терс электрод материалы жана туруктуу жогорку чыңалуудагы электролит керек.

5. Жогорку энергия натыйжалуулугу

Кулон натыйжалуулугу, ошондой эле заряддоо натыйжалуулугу деп аталат, ошол эле цикл учурунда батареянын разряд сыйымдуулугунун заряддоо кубаттуулугуна катышын билдирет. Башкача айтканда, белгилүү бир кубаттуулукту заряддоо үчүн атайын кубаттуулуктун пайызы.

оң электрод материал үчүн, ал литий киргизүү сыйымдуулугу / делитий кубаттуулугу, башкача айтканда, разряд кубаттуулугу / заряд кубаттуулугу болуп саналат; терс электрод материал үчүн, бул литий алып салуу жөндөмдүүлүгү / литий киргизүү сыйымдуулугу, башкача айтканда, разряд жөндөмдүүлүгү / заряд кубаттуулугу.

Заряддоо процессинде электр энергиясы химиялык энергияга, ал эми разряддоо процессинде химиялык энергия электр энергиясына айланат. Эки конверсия процессинде электр энергиясын киргизүүдө жана чыгарууда белгилүү бир эффективдүүлүк бар жана бул натыйжалуулук батареянын иштешин түздөн-түз чагылдырат.

Кесиптик физиканын көз карашынан алганда, Кулон эффективдүүлүгү жана энергиянын натыйжалуулугу ар башка. Бири электр энергиясынын катышы, экинчиси жумуштун катышы.

Сактоочу батареянын энергия эффективдүүлүгү жана Кулон эффективдүүлүгү, бирок математикалык туюнтма боюнча экөөнүн ортосунда чыңалуу байланышы бар. Заряддын орточо чыңалуусу бирдей эмес, разряддын орточо чыңалуусу заряддын орточо чыңалуусунан аз

Батареянын иштешин батарейканын энергиянын натыйжалуулугу боюнча баалоого болот. Энергияны сактоодон жоголгон электр энергиясы негизинен жылуулук энергиясына айланат. Демек, энергиянын натыйжалуулугу иш процессинде батарея тарабынан пайда болгон жылуулукту талдап, андан кийин ички каршылык менен жылуулуктун ортосундагы байланышты талдай алат. Ал эми энергияны үнөмдөө батареянын калган энергиясын алдын ала билип, батарейканы сарамжалдуу пайдаланууну башкара алаары белгилүү.

Анткени кирүүчү кубаттуулук көп учурда активдүү материалды заряддалган абалга айландыруу үчүн колдонулбайт, бирок анын бир бөлүгү сарпталат (мисалы, кайтарылгыс терс реакциялар пайда болот), ошондуктан Кулон эффективдүүлүгү көбүнчө 100%тен аз болот. Бирок азыркы литий-иондук батарейкаларга келсек, Кулон эффективдүүлүгү негизинен 99.9% жана андан жогору жетиши мүмкүн.

Таасир этүүчү факторлор: электролиттин ажыроосу, интерфейстин пассивациясы, структурасынын өзгөрүшү, морфологиясы жана электроддун активдүү материалдарынын өткөргүчтүгү Кулон эффективдүүлүгүн төмөндөтөт.

Кошумчалай кетсек, батареянын бузулушу Кулондун эффективдүүлүгүнө анча деле таасир этпейт жана температурага анча деле тиешеси жок экенин белгилей кетүү керек.

Учурдагы тыгыздык бирдик аянтка өтүүчү токтун өлчөмүн чагылдырат. Токтун тыгыздыгы өскөн сайын стектен өткөн ток күчөйт, ички каршылыктын эсебинен чыңалуу эффективдүүлүгү төмөндөйт, ал эми кулон эффективдүүлүгү концентрациянын поляризациясынан жана башка себептерден улам төмөндөйт. Акыр-аягы, энергиянын натыйжалуулугунун төмөндөшүнө алып келет.

6. Жакшы жогорку температура аткаруу

Литий-иондук батарейкалар жогорку температурада жакшы көрсөткүчкө ээ, демек, батареянын өзөгү жогорку температура чөйрөсүндө, ал эми батареянын оң жана терс материалдары, сепараторлор жана электролит да жакшы туруктуулукту сактай алат, жогорку температурада кадимкидей иштей алат жана жашоо тездетилбейт. Жогорку температура термикалык качуу кырсыктарын жаратуу үчүн оңой эмес.

Литий-иондук аккумулятордун температурасы батареянын жылуулук абалын көрсөтөт жана анын маңызы литий-иондук батареянын жылуулукту жана жылуулукту берүүнүн натыйжасы болуп саналат. Литий-иондук батарейкалардын жылуулук мүнөздөмөлөрүн жана ар кандай шарттарда алардын жылуулукту түзүү жана жылуулук өткөрүмдүүлүк өзгөчөлүктөрүн изилдөө литий-иондук батареялардын ичиндеги экзотермикалык химиялык реакциялардын маанилүү жолун түшүнүүгө жардам берет.

Литий-иондук батарейкалардын кооптуу жүрүм-туруму, анын ичинде батарейканын ашыкча заряды жана разряды, тез заряддоо жана разряд, кыска туташуу, механикалык кыянаттык шарттары жана жогорку температурадагы термикалык шок, батареянын ичиндеги коркунучтуу терс реакцияларды оңой эле козгоп, жылуулукту жаратып, терс жана оң электроддор бетинде пассивация пленкасы.

Клетканын температурасы 130°Сге чейин көтөрүлгөндө терс электроддун бетиндеги SEI пленкасы бузулуп, жогорку активдүүлүктөгү литий көмүртек терс электродунун электролитке дуушар болушуна алып келип, катуу кычкылдануу-калыбына келтирүү реакциясына жана жылуулукту пайда кылат. пайда болсо, батарейканы жогорку тобокелдик абалына киргизет.

Батарейканын ички температурасы 200 ° Cдан жогору көтөрүлгөндө, оң электроддун бетиндеги пассивация пленкасы оң электродду кычкылтек чыгаруу үчүн ажыратат жана электролит менен катуу реакцияга кирип, чоң көлөмдөгү жылуулукту пайда кылып, жогорку ички басымды пайда кылат. . Батареянын температурасы 240°Cден жогору болгондо, ал литий көмүртек терс электрод менен байланыштыргычтын ортосунда катуу экзотермикалык реакция менен коштолот.

Литий-иондук батарейкалардын температура маселеси литий-иондук батарейкалардын коопсуздугуна чоң таасирин тийгизет. Колдонуу чөйрөсүнүн өзү белгилүү бир температурага ээ жана литий -ион батареясынын температурасы да колдонулганда пайда болот. Маанилүү нерсе, температура литий-иондук батареянын ичиндеги химиялык реакцияга көбүрөөк таасир этет. Өтө жогорку температура литий-иондук батареянын кызмат мөөнөтүн бузушу мүмкүн, ал эми оор учурларда, литий-иондук батарейка үчүн коопсуздук көйгөйлөрүн жаратат.

7. Жакшы төмөн температура аткаруу

Литий-иондук батарейкалар төмөн температурада жакшы көрсөткүчкө ээ, демек, төмөнкү температурада батареянын ичиндеги литий иондору жана электрод материалдары дагы эле жогорку активдүүлүктү, жогорку калдык кубаттуулукту, разряд кубаттуулугунун деградациясын жана чоң жол берилген кубаттоо ылдамдыгын сактап турат.

Температура төмөндөгөн сайын, литий-иондук батареянын калган кубаттуулугу тездетилген абалга айланат. Температура канчалык төмөн болсо, кубаттуулук ошончолук бат бузулат. Төмөн температурада мажбурлап кубаттоо өтө зыяндуу жана термикалык качуу кырсыктарын пайда кылуу абдан оңой. Төмөн температурада литий иондорунун жана электроддун активдүү материалдарынын активдүүлүгү төмөндөйт, ал эми литий иондорунун терс электрод материалына кирүү ылдамдыгы кескин төмөндөйт. Тышкы электр энергиясы батареянын уруксат берилген кубаттуулугунан ашкан кубаттуулукта кубатталганда, терс электроддун айланасында көп сандагы литий иондору чогулат, ал эми электродго киргизилген литий иондору электрондорду алуу үчүн өтө кеч болуп калат да, андан кийин түздөн-түз батареяга түшөт. литий элементардык кристаллдарын пайда кылуу үчүн электроддун бети. Дендрит чоңоюп, диафрагмага түз кирип, оң электродду тешип өтөт. Оң жана терс электроддордун ортосунда кыска туташууну пайда кылат, бул өз кезегинде жылуулуктун качуусуна алып келет.

Литий-иондук батарейкаларды разряддын кубаттуулугунун начарлашынан тышкары, төмөнкү температурада заряддоого болбойт. Төмөн температурада заряддоодо аккумулятордун графит электродундагы литий иондорунун интеркалациясы жана литий каптоо реакциясы жанаша жашап, бири-бири менен атаандашат. Төмөн температуранын шарттарында графитте литий иондорунун диффузиясы басаңдап, электролиттин өткөргүчтүгү төмөндөйт, бул интеркалациянын ылдамдыгынын төмөндөшүнө алып келет жана графиттин бетинде литий жалатуу реакциясынын пайда болушу ыктымалдыгын жогорулатат. Литий-иондук батареялардын иштөө мөөнөтүнүн төмөндөшүнүн негизги себептери төмөн температурада колдонулганда ички импеданстын жогорулашы жана литий иондорунун жаан-чачынынан улам кубаттуулуктун начарлашы болуп саналат.

8. Жакшы коопсуздук

Литий-иондук батарейкалардын коопсуздугу ички материалдардын туруктуулугун гана эмес, ошондой эле батареянын коопсуздугу боюнча көмөкчү чаралардын натыйжалуулугун да камтыйт. Ички материалдардын коопсуздугу оң жана терс материалдарды, диафрагманы жана электролитти билдирет, алар жакшы термикалык туруктуулукка, электролит менен электроддун материалынын ортосунда жакшы шайкештикке жана электролиттин өзүнүн отко туруктуулугуна ээ. Кошумча коопсуздук чаралары клетканын коопсуздук клапанынын дизайнын, сактагычтын дизайнын, температурага сезгич каршылыктын дизайнын билдирет жана сезгичтик ылайыктуу. Бир клетка иштебей калгандан кийин, катанын жайылышын алдын алып, изоляцияга кызмат кыла алат.

9. Жакшы ырааттуулук

“Баррель эффектиси” аркылуу биз батареянын ырааттуулугунун маанилүүлүгүн түшүнөбүз. Консистенция ошол эле батарея топтомунда колдонулган батарейка клеткаларына тиешелүү, кубаттуулугу, ачык чынжырлуу чыңалуу, ички каршылык, өзүн-өзү разряд жана башка параметрлери өтө кичинекей жана аткаруу окшош. Өзүнүн эң сонун көрсөткүчтөрү менен батареянын уячасынын ырааттуулугу жакшы болбосо, топ түзүлгөндөн кийин анын артыкчылыгы көп учурда текшилет. Изилдөөлөр көрсөткөндөй, батарейканын топтомунун кубаттуулугу топтолгондон кийин эң кичинекей уяча менен аныкталат, ал эми батареянын пакетинин иштөө мөөнөтү эң кыска клетканын иштөө мөөнөтүнөн азыраак.