Kādas ir prasības augstas kvalitātes litija jonu baterijām? Vispārīgi runājot, augstas kvalitātes litija jonu akumulatora mērīšanas priekšnoteikumi ir ilgs kalpošanas laiks, augsts enerģijas blīvums un uzticama drošība. Litija jonu akumulatori pašlaik tiek izmantoti visos ikdienas dzīves aspektos, taču ražotājs vai zīmols atšķiras. Litija jonu akumulatoru ekspluatācijas laikā un drošības rādītājos ir dažas atšķirības, kas ir cieši saistītas ar ražošanas procesa standartiem un ražošanas materiāliem; augstākās kvalitātes litija jonu nosacījumiem jābūt šādiem nosacījumiem;

1. Ilgs kalpošanas laiks

Sekundārā akumulatora darbības laiks ietver divus indikatorus: cikla kalpošanas laiku un kalendāro kalpošanas laiku. Cikla kalpošanas laiks nozīmē, ka pēc akumulatora ražotāja solīto ciklu skaita atlikušā jauda joprojām ir lielāka vai vienāda ar 80%. Kalendārais kalpošanas laiks nozīmē, ka atlikušā jauda nedrīkst būt mazāka par 80% ražotāja solītajā laika posmā neatkarīgi no tā, vai tā tiek izmantota vai nē.

Dzīves ilgums ir viens no galvenajiem litija bateriju jaudas rādītājiem. No vienas puses, lielā darbība, nomainot akumulatoru, ir patiešām apgrūtinoša, un lietotāja pieredze nav laba; no otras puses, būtībā dzīve ir izmaksu jautājums.

Litija jonu akumulatora kalpošanas laiks nozīmē, ka akumulatora jauda pēc lietošanas perioda samazinās līdz nominālajai kapacitātei (istabas temperatūrā 25°C, standarta atmosfēras spiedienā un 70% no akumulatora jaudas izlādējoties 0.2°C temperatūrā) , un dzīvi var uzskatīt par dzīves beigām. Nozarē cikla kalpošanas laiku parasti aprēķina pēc pilnībā uzlādētu un izlādētu litija jonu akumulatoru ciklu skaita. Lietošanas procesā litija jonu akumulatorā notiek neatgriezeniska elektroķīmiska reakcija, kas izraisa jaudas samazināšanos, piemēram, elektrolīta sadalīšanās, aktīvo materiālu dezaktivācija un pozitīvo un negatīvo elektrodu struktūru sabrukšana. noved pie litija jonu interkalācijas un deinterkalācijas skaita samazināšanās. Pagaidiet. Eksperimenti rāda, ka lielāks izlādes ātrums novedīs pie jaudas vājināšanās. Ja izlādes strāva ir zema, akumulatora spriegums būs tuvu līdzsvara spriegumam, kas var atbrīvot vairāk enerģijas.

Trīskāršā litija jonu akumulatora darbības laiks ir aptuveni 800 ciklu, kas ir vidējs starp komerciāli uzlādējamām litija jonu baterijām. Litija dzelzs fosfāts ir aptuveni 2,000 ciklu, savukārt litija titanāts var sasniegt 10,000 500 ciklus. Pašlaik galvenie akumulatoru ražotāji savu trīskāršo akumulatoru elementu specifikācijās sola vairāk nekā 400 reižu (uzlāde un izlāde standarta apstākļos). Tomēr pēc tam, kad baterijas ir samontētas akumulatorā, konsekvences problēmu dēļ vissvarīgākie faktori ir spriegums un iekšējais. Pretestība nevar būt tieši tāda pati, un tās cikla kalpošanas laiks ir aptuveni 10 reizes. Ieteicamais SOC lietošanas logs ir 90%~ 1000%. Dziļa uzlāde un izlāde nav ieteicama, pretējā gadījumā tas radīs neatgriezeniskus bojājumus akumulatora pozitīvajai un negatīvajai struktūrai. Ja to aprēķina ar seklu uzlādi un seklu izlādi, cikla ilgums būs vismaz 200 reizes. Turklāt, ja litija jonu baterijas bieži tiek izlādētas vidē ar augstu ātrumu un augstu temperatūru, akumulatora darbības laiks tiks ievērojami samazināts līdz mazāk nekā XNUMX reizēm.

2. Mazāka apkope, zemākas lietošanas izmaksas

Akumulatoram ir zema cena par kilovatstundu, kas ir intuitīvākā cena. Papildus iepriekš minētajam lietotājiem tas, vai izmaksas ir patiešām zemas, ir atkarīgs no “elektrības pilna aprites cikla izmaksām”.

“Pilnas elektroenerģijas dzīves cikla izmaksas”, litija akumulatora kopējo jaudu reizina ar ciklu skaitu, lai iegūtu kopējo enerģijas daudzumu, ko var izmantot visā akumulatora dzīves ciklā, un kopējo elektroenerģijas cenu akumulatoru komplekts tiek dalīts ar šo summu, lai iegūtu cenu par kilovatu elektroenerģijas visā dzīves ciklā.

Akumulatora cena, par kuru mēs parasti runājam, piemēram, 1,500 juaņa/kWh, ir balstīta tikai uz jaunā akumulatora elementa kopējo enerģiju. Patiesībā elektroenerģijas izmaksas uz dzīves vienību ir tiešs gala patērētāja ieguvums. Intuitīvākais rezultāts ir tāds, ka, iegādājoties divus akumulatorus ar vienādu jaudu par vienu un to pašu cenu, viens pēc 50 uzlādes un izlādes reizēm sasniegs mūža beigas, bet otru varēs atkārtoti izmantot pēc 100 uzlādes un izlādes reizēm. Šos divus akumulatoru komplektus var redzēt vienā mirklī, kas ir lētāks.

Atklāti sakot, tas ir ilgs kalpošanas laiks, izturīgs un samazina izmaksas.

Papildus iepriekšminētajām divām izmaksām jāņem vērā arī akumulatora uzturēšanas izmaksas. Vienkārši apsveriet sākotnējās izmaksas, izvēlieties problēmu šūnu, vēlākās uzturēšanas izmaksas un darbaspēka izmaksas ir pārāk augstas. Attiecībā uz paša akumulatora elementa apkopi ir svarīgi atsaukties uz manuālo balansēšanu. BMS iebūvēto izlīdzināšanas funkciju ierobežo tās pašas izlīdzināšanas strāvas lielums, un tā, iespējams, nevarēs sasniegt ideālu līdzsvaru starp šūnām. Uzkrājoties laikam, rodas problēma ar pārmērīgu spiediena starpību akumulatorā. Šādās situācijās ir jāveic manuāla izlīdzināšana, un akumulatora elementi ar pārāk zemu spriegumu tiek uzlādēti atsevišķi. Jo zemāka ir šīs situācijas biežums, jo zemākas ir uzturēšanas izmaksas.

3. Augsts enerģijas blīvums/liels jaudas blīvums

Enerģijas blīvums attiecas uz enerģiju, kas ietverta svara vienībā vai tilpuma vienībā; elektriskā enerģija, ko atbrīvo baterijas vidējā tilpuma vai masas vienība. Parasti tādā pašā tilpumā litija jonu akumulatoru enerģijas blīvums ir 2.5 reizes lielāks nekā niķeļa-kadmija akumulatoriem un 1.8 reizes lielāks nekā niķeļa-ūdeņraža akumulatoriem. Tāpēc, ja akumulatora jauda ir vienāda, litija jonu baterijas būs labākas nekā niķeļa-kadmija un niķeļa-ūdeņraža baterijas. Mazāks izmērs un vieglāks svars.

Akumulatora enerģijas blīvums = akumulatora ietilpība × izlādes platforma/akumulatora biezums/akumulatora platums/akumulatora garums.

Jaudas blīvums attiecas uz maksimālās izlādes jaudas vērtību uz svara vai tilpuma vienību. Autotransporta līdzekļu ierobežotajā telpā, tikai palielinot blīvumu, var efektīvi uzlabot kopējo enerģiju un kopējo jaudu. Turklāt pašreizējās valsts subsīdijās subsīdiju līmeņa mērīšanai tiek izmantots enerģijas blīvums un jaudas blīvums, kas vēl vairāk pastiprina blīvuma nozīmi.

Tomēr pastāv zināma pretruna starp enerģijas blīvumu un drošību. Palielinoties enerģijas blīvumam, drošība vienmēr saskarsies ar jaunām un grūtākām problēmām.

4. Augstsprieguma

Tā kā grafīta elektrodus pamatā izmanto kā anoda materiālus, litija jonu bateriju spriegumu galvenokārt nosaka katoda materiālu materiāla īpašības. Litija dzelzs fosfāta sprieguma augšējā robeža ir 3.6 V, bet trīskāršo litija un litija manganāta akumulatoru maksimālais spriegums ir aptuveni 4.2 V (nākamajā daļā tiks paskaidrots, kāpēc litija jonu akumulatora maksimālais spriegums nevar pārsniegt 4.2 V ). Augstsprieguma akumulatoru izstrāde ir tehnisks ceļš litija jonu akumulatoriem, lai palielinātu enerģijas blīvumu. Lai palielinātu šūnas izejas spriegumu, nepieciešams pozitīvs elektrodu materiāls ar augstu potenciālu, negatīvs elektroda materiāls ar zemu potenciālu un elektrolīts ar stabilu augstu spriegumu.

5. Augsta energoefektivitāte

Kulona efektivitāte, ko sauc arī par uzlādes efektivitāti, attiecas uz akumulatora izlādes jaudas un uzlādes jaudas attiecību viena cikla laikā. Tas ir, izlādes īpatnējās jaudas procentuālais daudzums, lai iekasētu noteiktu jaudu.

Pozitīvā elektroda materiālam tā ir litija ievietošanas jauda/delitija jauda, ​​tas ir, izlādes jauda/uzlādes jauda; negatīvā elektroda materiālam tā ir litija noņemšanas jauda/litija ievietošanas spēja, tas ir, izlādes jauda/uzlādes jauda.

Uzlādes procesā elektriskā enerģija tiek pārvērsta ķīmiskajā enerģijā, un izlādes procesā ķīmiskā enerģija tiek pārvērsta elektroenerģijā. Abos pārveidošanas procesos ir zināma efektivitāte elektroenerģijas ievadīšanā un izvadīšanā, un šī efektivitāte tieši atspoguļo akumulatora veiktspēju.

No profesionālās fizikas viedokļa Kulona efektivitāte un energoefektivitāte atšķiras. Viens ir elektroenerģijas attiecība, bet otrs – darba attiecība.

Uzglabāšanas akumulatora energoefektivitāte un Kulona efektivitāte, taču, raugoties no matemātiskās izteiksmes, starp abiem ir sprieguma attiecība. Vidējais uzlādes un izlādes spriegums nav vienāds, vidējais izlādes spriegums parasti ir mazāks par vidējo uzlādes spriegumu

Par akumulatora veiktspēju var spriest pēc akumulatora energoefektivitātes. Enerģijas saglabāšanas rezultātā zaudētā elektriskā enerģija galvenokārt tiek pārvērsta siltumenerģijā. Tāpēc energoefektivitāte var analizēt akumulatora radīto siltumu darba procesā, un pēc tam var analizēt sakarību starp iekšējo pretestību un siltumu. Un ir zināms, ka energoefektivitāte var paredzēt akumulatora atlikušo enerģiju un pārvaldīt akumulatora racionālu izmantošanu.

Tā kā ieejas jauda bieži netiek izmantota, lai pārveidotu aktīvo materiālu lādētā stāvoklī, bet daļa no tā tiek patērēta (piemēram, rodas neatgriezeniskas blakusreakcijas), tāpēc Kulona efektivitāte bieži vien ir mazāka par 100%. Bet, kas attiecas uz pašreizējām litija jonu baterijām, Kulona efektivitāte būtībā var sasniegt 99.9% un vairāk.

Ietekmējošie faktori: elektrolītu sadalīšanās, saskarnes pasivācija, izmaiņas elektrodu aktīvo materiālu struktūrā, morfoloģijā un vadītspējā samazinās Kulona efektivitāti.

Turklāt ir vērts pieminēt, ka akumulatora samazināšanās maz ietekmē Kulona efektivitāti un tam ir maz sakara ar temperatūru.

Strāvas blīvums atspoguļo strāvas lielumu uz laukuma vienību. Palielinoties strāvas blīvumam, palielinās kaudzei izplūstošā strāva, sprieguma efektivitāte samazinās iekšējās pretestības dēļ, un Kulona efektivitāte samazinās koncentrācijas polarizācijas un citu iemeslu dēļ. Galu galā tas samazina energoefektivitāti.

6. Laba veiktspēja augstā temperatūrā

Litija jonu akumulatoriem ir laba veiktspēja augstā temperatūrā, kas nozīmē, ka akumulatora kodols atrodas vidē ar augstāku temperatūru, un akumulatora pozitīvie un negatīvie materiāli, separatori un elektrolīts var arī saglabāt labu stabilitāti, var normāli strādāt augstā temperatūrā, un dzīve netiks paātrināta. Augsta temperatūra nav vienkārša, lai izraisītu nelaimes gadījumus.

Litija jonu akumulatora temperatūra parāda akumulatora termisko stāvokli, un tā būtība ir litija jonu akumulatora siltuma ģenerēšanas un siltuma pārneses rezultāts. Pētot litija jonu akumulatoru termiskās īpašības, kā arī to siltuma veidošanās un siltuma pārneses īpašības dažādos apstākļos, mēs varam saprast svarīgo eksotermisko ķīmisko reakciju veidu litija jonu baterijās.

Litija jonu akumulatoru nedrošā uzvedība, ieskaitot akumulatora uzlādi un pārmērīgu izlādi, ātru uzlādi un izlādi, īssavienojumu, mehāniskas ļaunprātīgas izmantošanas apstākļus un augstas temperatūras termisko šoku, var viegli izraisīt bīstamas blakus reakcijas akumulatorā un radīt siltumu, tieši iznīcinot negatīvo un pozitīvie elektrodi Pasivācijas plēve uz virsmas.

Kad šūnas temperatūra paaugstinās līdz 130 ° C, SEI plēve uz negatīvā elektroda virsmas sadalās, kā rezultātā augstas aktivitātes litija oglekļa negatīvais elektrods tiek pakļauts elektrolītam un notiek spēcīga oksidācijas reducēšanās reakcija, un gadījumā akumulators nonāk augsta riska stāvoklī.

Kad akumulatora iekšējā temperatūra paaugstinās virs 200°C, pasivācijas plēve uz pozitīvā elektroda virsmas sadala pozitīvo elektrodu, radot skābekli, un turpina vardarbīgi reaģēt ar elektrolītu, radot lielu daudzumu siltuma un veidojot augstu iekšējo spiedienu. . Kad akumulatora temperatūra sasniedz virs 240 ° C, to papildina spēcīga eksotermiska reakcija starp litija oglekļa negatīvo elektrodu un saistvielu.

Litija jonu akumulatoru temperatūras problēmai ir liela ietekme uz litija jonu akumulatoru drošību. Pati lietošanas videi ir noteikta temperatūra, un litija jonu akumulatora temperatūra parādīsies arī to lietojot. Svarīgi ir tas, ka temperatūrai būs lielāka ietekme uz ķīmisko reakciju litija jonu akumulatorā. Pārāk augsta temperatūra var pat sabojāt litija jonu akumulatora kalpošanas laiku, un smagos gadījumos tas radīs litija jonu akumulatora drošības problēmas.

7. Laba zemas temperatūras veiktspēja

Litija jonu akumulatoriem ir laba veiktspēja zemā temperatūrā, kas nozīmē, ka zemā temperatūrā litija joni un elektrodu materiāli akumulatora iekšienē joprojām saglabā augstu aktivitāti, augstu atlikušo jaudu, samazinātu izlādes jaudas pasliktināšanos un lielu pieļaujamo uzlādes ātrumu.

Temperatūrai pazeminoties, litija jonu akumulatora atlikušā kapacitāte samazinās līdz paātrinātai situācijai. Jo zemāka temperatūra, jo ātrāk samazinās jauda. Piespiedu uzlāde zemā temperatūrā ir ārkārtīgi kaitīga, un ir ļoti viegli izraisīt termiskus negadījumus. Zemā temperatūrā litija jonu un elektrodu aktīvo materiālu aktivitāte samazinās, un ātrums, ar kādu litija joni tiek ievietoti negatīvā elektroda materiālā, tiek ievērojami samazināts. Kad ārējais barošanas avots tiek uzlādēts ar jaudu, kas pārsniedz akumulatora pieļaujamo jaudu, liels daudzums litija jonu uzkrājas ap negatīvo elektrodu, un elektrodā iestrādātie litija joni ir pārāk vēlu, lai iegūtu elektronus un pēc tam tieši nogulsnētu uz uz elektroda virsmas, veidojot litija elementu kristālus. Dendrīts aug, tieši iekļūst diafragmā un caurdurt pozitīvo elektrodu. Izraisa īssavienojumu starp pozitīvo un negatīvo elektrodu, kas savukārt izraisa termisku aizbēgšanu.

Papildus izlādes jaudas pasliktinājumam litija jonu baterijas nevar uzlādēt zemā temperatūrā. Lādēšanas laikā zemā temperatūrā litija jonu interkalācija uz akumulatora grafīta elektroda un litija pārklājuma reakcija pastāv līdzās un konkurē savā starpā. Zemas temperatūras apstākļos litija jonu difūzija grafītā tiek kavēta, un elektrolīta vadītspēja samazinās, kas izraisa interkalācijas ātruma samazināšanos un palielina litija pārklājuma reakcijas iespējamību uz grafīta virsmas. Galvenie iemesli litija jonu akumulatoru kalpošanas ilguma samazinājumam, ja tos izmanto zemā temperatūrā, ir iekšējās pretestības palielināšanās un jaudas samazināšanās litija jonu nokrišņu dēļ.

8. Laba drošība

Litija jonu akumulatoru drošība ietver ne tikai iekšējo materiālu stabilitāti, bet arī akumulatora drošības palīgpasākumu efektivitāti. Iekšējo materiālu drošība attiecas uz pozitīvajiem un negatīvajiem materiāliem, diafragmu un elektrolītu, kuriem ir laba termiskā stabilitāte, laba elektrolīta un elektroda materiāla savietojamība un laba paša elektrolīta liesmas slāpēšana. Drošības palīgpasākumi attiecas uz elementa drošības vārsta konstrukciju, drošinātāju konstrukciju, pret temperatūru jutīgo pretestības konstrukciju un jutību. Pēc vienas šūnas atteices tas var novērst bojājuma izplatīšanos un kalpot izolācijas mērķim.

9. Laba konsistence

Ar “mucas efektu” mēs saprotam akumulatora konsekvences nozīmi. Konsekvence attiecas uz tajā pašā akumulatorā izmantotajām bateriju šūnām, jauda, ​​atvērtās ķēdes spriegums, iekšējā pretestība, pašizlāde un citi parametri ir ārkārtīgi mazi, un veiktspēja ir līdzīga. Ja akumulatora elementa konsistence ar savu izcilo sniegumu nav laba, tās pārākums bieži tiek izlīdzināts pēc grupas izveidošanas. Pētījumi ir parādījuši, ka akumulatora ietilpību pēc grupēšanas nosaka mazākās ietilpības šūnas, un akumulatora darbības laiks ir mazāks nekā īsākā elementa kalpošanas laiks.