What are the requirements for high-quality lithium-ion batteries? Generally speaking, long life, high energy density, and reliable safety performance are the prerequisites for measuring a high-quality lithium-ion battery. Lithium-ion batteries are currently used in all aspects of daily life, but the manufacturer or brand is different. There are some differences in the service life and safety performance of lithium-ion batteries, which are closely related to the production process standards and production materials; the following conditions must be the conditions for high-quality lithium-ion;

1. Ilgas tarnavimo laikas

The life of the secondary battery includes two indicators: cycle life and calendar life. Cycle life means that after the battery has experienced the number of cycles promised by the manufacturer, the remaining capacity is still greater than or equal to 80%. The calendar life means that the remaining capacity shall not be less than 80% within the time period promised by the manufacturer, no matter whether it is used or not.

Gyvenimas yra vienas iš pagrindinių ličio baterijų galios rodiklių. Viena vertus, didelis akumuliatoriaus keitimo veiksmas yra tikrai varginantis, o vartotojo patirtis nėra gera; kita vertus, iš esmės gyvenimas yra išlaidų klausimas.

Ličio jonų akumuliatoriaus tarnavimo laikas reiškia, kad po naudojimo akumuliatoriaus talpa sumažėja iki nominalios talpos (esant 25 ° C kambario temperatūrai, standartiniam atmosferos slėgiui ir 70% akumuliatoriaus talpos, kai ji iškraunama esant 0.2 ° C temperatūrai). , o gyvenimas gali būti laikomas gyvenimo pabaiga. Pramonėje ciklo trukmė paprastai apskaičiuojama pagal visiškai įkrautų ir iškrautų ličio jonų baterijų ciklų skaičių. Naudojimo metu ličio jonų akumuliatoriaus viduje įvyksta negrįžtama elektrocheminė reakcija, dėl kurios sumažėja talpa, pvz., Suyra elektrolitas, išjungiamos veikliosios medžiagos ir sutrinka teigiamos ir neigiamos elektrodų struktūros. dėl to sumažėja ličio jonų interkaliacijos ir deinterkalacijos skaičius. Laukti. Eksperimentai rodo, kad didesnis iškrovos greitis pagreitins silpnėjimą. Jei iškrovimo srovė yra maža, akumuliatoriaus įtampa bus artima pusiausvyros įtampai, o tai gali atlaisvinti daugiau energijos.

Teorinis trijų dalių ličio jonų akumuliatoriaus veikimo laikas yra apie 800 ciklų, o tai yra vidutinė tarp komercinių įkraunamų ličio jonų baterijų. Ličio geležies fosfatas yra apie 2,000 ciklų, o ličio titanatas gali pasiekti 10,000 500 ciklų. Šiuo metu pagrindiniai akumuliatorių gamintojai žada daugiau nei 400 kartų (įkrauti ir iškrauti standartinėmis sąlygomis) savo trijų dalių baterijų specifikacijose. Tačiau po to, kai baterijos surenkamos į akumuliatorių, dėl nuoseklumo problemų svarbiausi veiksniai yra įtampa ir vidinė. Atsparumas negali būti visiškai vienodas, o jo ciklo trukmė yra apie 10 kartų. Rekomenduojamas SOC naudojimo langas yra 90% ~ 1000%. Giliai įkrauti ir iškrauti nerekomenduojama, nes priešingu atveju teigiama ir neigiama akumuliatoriaus struktūra bus negrįžtamai pažeista. Jei jis apskaičiuojamas sekliu krūviu ir sekliu iškrovimu, ciklo trukmė bus bent 200 kartų. Be to, jei ličio jonų akumuliatoriai dažnai išsikrauna didelės spartos ir aukštos temperatūros aplinkoje, baterijos tarnavimo laikas bus smarkiai sumažintas iki mažiau nei XNUMX kartų.

2. Less maintenance, lower use cost

Pati baterija turi mažą kilovatvalandės kainą, o tai yra intuityviausia kaina. Be to, kas minėta, vartotojams tai, ar kaina yra tikrai maža, priklauso nuo „visos elektros energijos ciklo kainos“.

„Viso gyvavimo ciklo elektros energijos kaina“, bendra galios ličio baterijos galia padauginama iš ciklų skaičiaus, kad būtų gauta bendra galia, kurią galima sunaudoti per visą akumuliatoriaus gyvavimo ciklą, ir bendra akumuliatoriaus kaina. akumuliatorius yra padalintas iš šios sumos, kad gautumėte elektros energijos kilovato kainą per visą gyvavimo ciklą.

Baterijos kaina, apie kurią paprastai kalbame, pvz., 1,500 juanių/kWh, yra pagrįsta tik visa naujos baterijos elemento energija. Tiesą sakant, elektros energijos kaina vienam gyvenimo vienetui yra tiesioginė galutinio vartotojo nauda. Pats intuityviausias rezultatas – jei už tą pačią kainą nusipirksite du tos pačios galios akumuliatorių blokus, vienas jų eksploatavimo laikas baigsis po 50 įkrovimo ir iškrovimo kartų, o kitą bus galima naudoti pakartotinai po 100 įkrovimo ir iškrovimo kartų. Šiuos du akumuliatorius galima pamatyti iš pirmo žvilgsnio, o tai yra pigiau.

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

In addition to the above two costs, the maintenance cost of the battery should also be considered. Simply consider the initial cost, select the problem cell, the later maintenance cost and labor cost are too high. Regarding the maintenance of the battery cell itself, it is important to refer to manual balancing. The BMS’s built-in equalization function is limited by the size of its own design equalization current, and may not be able to achieve the ideal balance between the cells. As time accumulates, the problem of excessive pressure difference in the battery pack will occur. In such situations, manual equalization has to be carried out, and the battery cells with too low voltage are charged separately. The lower the frequency of this situation, the lower the maintenance cost.

3. Didelis energijos tankis / didelis galios tankis

Energy density refers to the energy contained in a unit weight or unit volume; the electric energy released by the average unit volume or mass of a battery. Generally, in the same volume, the energy density of lithium-ion batteries is 2.5 times that of nickel-cadmium batteries and 1.8 times that of nickel-hydrogen batteries. Therefore, when the battery capacity is equal, lithium-ion batteries will be better than nickel-cadmium and nickel-hydrogen batteries. Smaller size and lighter weight.

Akumuliatoriaus energijos tankis = akumuliatoriaus talpa × iškrovimo platforma/akumuliatoriaus storis/akumuliatoriaus plotis/baterijos ilgis.

Galios tankis reiškia didžiausios iškrovos galios vertę, tenkančią vienam svorio ar tūrio vienetui. Ribotoje kelių transporto priemonių erdvėje tik padidinus tankį galima efektyviai pagerinti bendrą energiją ir bendrą galią. Be to, dabartinės valstybės subsidijos naudoja energijos tankį ir galios tankį kaip ribą subsidijų dydžiui įvertinti, o tai dar labiau sustiprina tankio svarbą.

Tačiau yra tam tikras prieštaravimas tarp energijos tankio ir saugumo. Didėjant energijos tankiui, sauga visada susidurs su naujais ir sunkesniais iššūkiais.

4. Aukšta įtampa

Kadangi grafito elektrodai iš esmės naudojami kaip anodo medžiagos, ličio jonų baterijų įtampą daugiausia lemia katodinių medžiagų medžiagos savybės. Viršutinė ličio geležies fosfato įtampos riba yra 3.6 V, o maksimali trijų dalių ličio ir ličio manganato baterijų įtampa yra apie 4.2 V (kitoje dalyje bus paaiškinta, kodėl maksimali ličio jonų akumuliatoriaus įtampa negali viršyti 4.2 V. ). Aukštos įtampos baterijų kūrimas yra techninis būdas ličio jonų baterijoms padidinti energijos tankį. Norint padidinti elemento išėjimo įtampą, reikalinga teigiamo elektrodo medžiaga su dideliu potencialu, neigiama elektrodo medžiaga su mažu potencialu ir elektrolitas su stabilia aukšta įtampa.

5. Didelis energijos vartojimo efektyvumas

Kulono efektyvumas, dar vadinamas įkrovimo efektyvumu, reiškia akumuliatoriaus išsikrovimo pajėgumo ir įkrovimo pajėgumo santykį per tą patį ciklą. Tai yra, tam tikro pajėgumo procentinė dalis, skirta konkrečiam pajėgumui įkrauti.

For the positive electrode material, it is the lithium insertion capacity/delithium capacity, that is, the discharge capacity/charge capacity; for the negative electrode material, it is the lithium removal capacity/lithium insertion capacity, that is, the discharge capacity/charge capacity.

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.

Akumuliatoriaus energijos vartojimo efektyvumas ir Kulono efektyvumas, tačiau pagal matematinę išraišką tarp jų yra įtampos ryšys. Vidutinė įkrovimo ir iškrovimo įtampa nėra lygi, vidutinė iškrovos įtampa paprastai yra mažesnė nei vidutinė įkrovos įtampa

Akumuliatoriaus našumas gali būti vertinamas pagal akumuliatoriaus energijos vartojimo efektyvumą. Taupant energiją, prarasta elektros energija daugiausia paverčiama šilumos energija. Todėl energijos vartojimo efektyvumas gali išanalizuoti akumuliatoriaus darbo metu generuojamą šilumą, o tada galima išanalizuoti ryšį tarp vidinės varžos ir šilumos. Ir žinoma, kad energijos vartojimo efektyvumas gali numatyti likusią akumuliatoriaus energiją ir valdyti racionalų akumuliatoriaus naudojimą.

Kadangi įvesties galia dažnai nėra naudojama aktyviajai medžiagai paversti įkrauta būsena, tačiau dalis jos sunaudojama (pavyzdžiui, įvyksta negrįžtamos šalutinės reakcijos), todėl Coulomb efektyvumas dažnai yra mažesnis nei 100%. Tačiau kalbant apie dabartines ličio jonų baterijas, Kulono efektyvumas iš esmės gali siekti 99.9% ir daugiau.

Influencing factors: electrolyte decomposition, interface passivation, changes in the structure, morphology, and conductivity of electrode active materials will reduce the Coulomb efficiency.

Be to, verta paminėti, kad akumuliatoriaus išsekimas mažai veikia Coulomb efektyvumą ir neturi nieko bendro su temperatūra.

Srovės tankis atspindi srovės dydį, tenkančią ploto vienetui. Didėjant srovės tankiui, didėja srovė, praeinanti iš kamino, įtampos efektyvumas mažėja dėl vidinio pasipriešinimo, o Kulono efektyvumas mažėja dėl koncentracijos poliarizacijos ir kitų priežasčių. Galų gale sumažės energijos vartojimo efektyvumas.

6. Geras veikimas aukštoje temperatūroje

Lithium-ion batteries have good high-temperature performance, which means that the battery core is in a higher temperature environment, and the battery’s positive and negative materials, separators and electrolyte can also maintain good stability, can work normally at high temperatures, and the life will not be accelerated. High temperature is not easy to cause thermal runaway accidents.

The temperature of the lithium-ion battery shows the thermal state of the battery, and the essence of it is the result of the heat generation and heat transfer of the lithium-ion battery. Studying the thermal characteristics of lithium-ion batteries, and their heat generation and heat transfer characteristics under different conditions, can make us realize the important way of exothermic chemical reactions inside lithium-ion batteries.

Unsafe behaviors of lithium-ion batteries, including battery overcharge and overdischarge, rapid charge and discharge, short circuit, mechanical abuse conditions, and high temperature thermal shock, can easily trigger dangerous side reactions inside the battery and generate heat, directly destroying the negative and positive electrodes Passivation film on the surface.

When the cell temperature rises to 130°C, the SEI film on the surface of the negative electrode decomposes, causing the high-activity lithium carbon negative electrode to be exposed to the electrolyte to undergo a violent oxidation-reduction reaction, and the heat that occurs makes the battery enter a high-risk state.

When the internal temperature of the battery rises above 200°C, the passivation film on the positive electrode surface decomposes the positive electrode to generate oxygen, and continues to react violently with the electrolyte to generate a large amount of heat and form a high internal pressure. When the battery temperature reaches above 240°C, it is accompanied by a violent exothermic reaction between the lithium carbon negative electrode and the binder.

The temperature problem of lithium-ion batteries has a great impact on the safety of lithium-ion batteries. The environment of use itself has a certain temperature, and the temperature of the lithium ion battery will also appear when it is used. The important thing is that temperature will have a greater impact on the chemical reaction inside the lithium-ion battery. Too high temperature can even damage the service life of the lithium-ion battery, and in severe cases, it will cause safety problems for the lithium-ion battery.

7. Good low temperature performance

Lithium-ion batteries have good low-temperature performance, which means that at low temperatures, the lithium ions and electrode materials inside the battery still maintain high activity, high residual capacity, reduced discharge capacity degradation, and large allowable charging rate.

As the temperature drops, the remaining capacity of the lithium-ion battery decays into an accelerated situation. The lower the temperature, the faster the capacity decay. Forcible charging at low temperatures is extremely harmful, and it is very easy to cause thermal runaway accidents. At low temperatures, the activity of lithium ions and electrode active materials decreases, and the rate at which lithium ions are inserted into the negative electrode material is severely reduced. When the external power supply is charged at a power exceeding the allowable power of the battery, a large amount of lithium ions accumulate around the negative electrode, and the lithium ions embedded in the electrode are too late to get electrons and then directly deposit on the surface of the electrode to form lithium elemental crystals. The dendrite grows, penetrates the diaphragm directly, and pierces the positive electrode. Causes a short circuit between the positive and negative electrodes, which in turn leads to thermal runaway.

In addition to the severe deterioration of the discharge capacity, lithium-ion batteries cannot be charged at low temperatures. During low-temperature charging, the intercalation of lithium ions on the graphite electrode of the battery and the lithium plating reaction coexist and compete with each other. Under low temperature conditions, the diffusion of lithium ions in graphite is inhibited, and the conductivity of the electrolyte decreases, which leads to a decrease in the intercalation rate and makes the lithium plating reaction more likely to occur on the graphite surface. The main reasons for the decrease in the life of lithium-ion batteries when used at low temperatures are the increase in internal impedance and the degradation of the capacity due to the precipitation of lithium ions.

8. Good security

The safety of lithium-ion batteries includes not only the stability of internal materials, but also the effectiveness of battery safety auxiliary measures. The safety of internal materials refers to the positive and negative materials, diaphragm and electrolyte, which have good thermal stability, good compatibility between the electrolyte and the electrode material, and good flame retardancy of the electrolyte itself. Safety auxiliary measures refer to the safety valve design of the cell, the fuse design, the temperature-sensitive resistance design, and the sensitivity is appropriate. After a single cell fails, it can prevent the fault from spreading and serve the purpose of isolation.

9. Good consistency

Through the “barrel effect” we understand the importance of battery consistency. Consistency refers to the battery cells used in the same battery pack, the capacity, open circuit voltage, internal resistance, self-discharge and other parameters are extremely small, and the performance is similar. If the consistency of the battery cell with its own excellent performance is not good, its superiority is often smoothed out after the group is formed. Studies have shown that the capacity of the battery pack after grouping is determined by the smallest capacity cell, and the battery pack life is less than the life of the shortest cell.