Apakah syarat untuk bateri lithium-ion berkualiti tinggi? Secara amnya, jangka hayat yang panjang, ketumpatan tenaga yang tinggi, dan prestasi keselamatan yang boleh dipercayai adalah prasyarat untuk mengukur bateri lithium-ion berkualiti tinggi. Bateri ion litium pada masa ini digunakan dalam semua aspek kehidupan seharian, tetapi pengeluar atau jenama berbeza. Terdapat beberapa perbezaan dalam prestasi hayat dan keselamatan keselamatan bateri lithium-ion, yang berkait rapat dengan standard proses pengeluaran dan bahan pengeluaran; syarat berikut mestilah syarat untuk ion litium berkualiti tinggi;

1. Hayat perkhidmatan yang panjang

Hayat bateri sekunder merangkumi dua petunjuk: hayat kitaran dan hayat kalendar. Hayat kitaran bermakna selepas bateri mengalami bilangan kitaran yang dijanjikan oleh pengilang, kapasiti baki masih lebih besar daripada atau sama dengan 80%. Hayat kalendar bermaksud bahawa kapasiti selebihnya tidak boleh kurang dari 80% dalam jangka masa yang dijanjikan oleh pengilang, tidak kira ia digunakan atau tidak.

Kehidupan adalah salah satu petunjuk utama bateri litium kuasa. Di satu pihak, tindakan besar menggantikan bateri benar-benar menyusahkan dan pengalaman pengguna tidak baik; sebaliknya, pada asasnya, kehidupan adalah isu kos.

Hayat bateri lithium-ion bermaksud bahawa kapasiti bateri merosot ke kapasitas nominal (pada suhu bilik 25 ° C, tekanan atmosfera standard, dan 70% kapasiti bateri habis pada 0.2C) setelah jangka waktu penggunaan , dan kehidupan itu boleh dianggap sebagai pengakhiran kehidupan. Dalam industri, hayat kitaran biasanya dikira dengan bilangan kitaran bateri litium-ion yang dicas dan dinyahcas sepenuhnya. Dalam proses penggunaan, tindak balas elektrokimia yang tidak dapat dipulihkan berlaku di dalam bateri litium-ion, yang membawa kepada penurunan kapasiti, seperti penguraian elektrolit, penyahaktifan bahan aktif, dan keruntuhan struktur elektrod positif dan negatif. menyebabkan penurunan bilangan interkalasi dan deinterkalasi ion litium. Tunggu. Eksperimen menunjukkan bahawa kadar pelepasan yang lebih tinggi akan menyebabkan penurunan kapasiti yang lebih cepat. Jika arus nyahcas rendah, voltan bateri akan menghampiri voltan keseimbangan, yang boleh membebaskan lebih banyak tenaga.

Hayat teori bagi bateri litium-ion terner ialah kira-kira 800 kitaran, yang merupakan sederhana antara bateri litium-ion boleh dicas semula komersial. Lithium iron phosphate adalah sekitar 2,000 kitaran, sementara lithium titanate dikatakan mampu mencapai 10,000 kitaran. Pada masa ini, pengeluar bateri arus perdana menjanjikan lebih daripada 500 kali (cas dan nyahcas dalam keadaan standard) dalam spesifikasi sel bateri ternary mereka. Namun, setelah bateri dipasang ke dalam pek bateri, kerana masalah konsistensi, faktor yang paling penting adalah voltan dan dalaman Rintangan tidak dapat sama, dan jangka hayat kitarannya sekitar 400 kali. Tetingkap penggunaan SOC yang disyorkan ialah 10% ~ 90%. Pengecasan dan pengosongan yang mendalam tidak digalakkan, jika tidak, ia akan menyebabkan kerosakan pada struktur positif dan negatif bateri. Jika ia dikira dengan cas cetek dan luahan cetek, hayat kitaran akan sekurang-kurangnya 1000 kali. Sebagai tambahan, jika bateri lithium-ion sering habis dalam lingkungan dengan suhu tinggi dan suhu tinggi, jangka hayat bateri akan berkurang secara drastik hingga kurang dari 200 kali.

2. Kurang penyelenggaraan, kos penggunaan lebih rendah

Bateri itu sendiri mempunyai harga yang rendah setiap kilowatt-jam, yang merupakan kos yang paling intuitif. Sebagai tambahan kepada yang disebutkan di atas, untuk pengguna, apakah biayanya benar-benar rendah bergantung pada “kos kitaran hidup penuh elektrik.”

“Kos elektrik kitaran hayat penuh”, jumlah kuasa bateri litium kuasa didarab dengan bilangan kitaran untuk mendapatkan jumlah kuasa yang boleh digunakan dalam kitaran hayat penuh bateri, dan jumlah harga pek bateri dibahagi dengan jumlah ini untuk mendapatkan harga per kilowatt elektrik dalam kitaran hayat penuh.

Harga bateri yang biasa kita bicarakan, seperti 1,500 yuan / kWh, hanya berdasarkan jumlah tenaga sel bateri baru. Malah, kos elektrik seunit hayat adalah faedah langsung kepada pelanggan akhir. Hasil yang paling intuitif ialah jika anda membeli dua pek bateri dengan kuasa yang sama pada harga yang sama, satu pek akan mencapai penghujung hayat selepas 50 kali pengecasan dan nyahcas, dan satu lagi boleh digunakan semula selepas 100 kali pengecasan dan nyahcas. Kedua-dua pek bateri ini dapat dilihat sekilas lebih murah.

Secara terang-terangan, ia tahan lama, tahan lama dan mengurangkan kos.

Sebagai tambahan kepada dua kos di atas, kos penyelenggaraan bateri juga harus dipertimbangkan. Cukup pertimbangkan kos awal, pilih sel masalah, kos penyelenggaraan kemudian dan kos buruh terlalu tinggi. Mengenai penyelenggaraan sel bateri itu sendiri, penting untuk merujuk pengimbangan manual. Fungsi penyamaan terbina dalam BMS dihadkan oleh saiz arus penyamaan reka bentuknya sendiri dan mungkin tidak dapat mencapai keseimbangan ideal antara sel. Apabila masa terkumpul, masalah perbezaan tekanan yang berlebihan dalam pek bateri akan berlaku. Dalam situasi seperti itu, penyamaan manual harus dilakukan, dan sel bateri dengan voltan yang terlalu rendah dikenakan secara berasingan. Semakin rendah kekerapan keadaan ini, semakin rendah kos penyelenggaraan.

3. Ketumpatan tenaga tinggi / ketumpatan daya tinggi

Ketumpatan tenaga merujuk kepada tenaga yang terkandung dalam berat unit atau isipadu unit; tenaga elektrik yang dikeluarkan oleh purata unit isipadu atau jisim bateri. Secara amnya, dalam jumlah yang sama, ketumpatan tenaga bateri lithium-ion adalah 2.5 kali ganda daripada bateri nikel-kadmium dan 1.8 kali ganda daripada bateri nikel-hidrogen. Oleh itu, apabila kapasiti bateri adalah sama, bateri litium-ion akan lebih baik daripada bateri nikel-kadmium dan nikel-hidrogen. Saiz lebih kecil dan berat lebih ringan.

Ketumpatan tenaga bateri = kapasiti bateri × platform pelepasan / ketebalan bateri / lebar bateri / panjang bateri.

Ketumpatan kuasa merujuk kepada nilai kuasa nyahcas maksimum per unit berat atau isipadu. Di ruang kenderaan jalan raya yang terhad, hanya dengan meningkatkan ketumpatan tenaga dan kekuatan keseluruhan dapat ditingkatkan dengan berkesan. Di samping itu, subsidi negeri semasa menggunakan kepadatan tenaga dan kepadatan kuasa sebagai ambang untuk mengukur tahap subsidi, yang mengukuhkan lagi kepentingan kepadatan.

Walau bagaimanapun, terdapat percanggahan tertentu antara ketumpatan tenaga dan keselamatan. Apabila ketumpatan tenaga meningkat, keselamatan akan sentiasa menghadapi cabaran yang lebih baru dan lebih sukar.

4. Voltan tinggi

Oleh kerana elektrod grafit pada asasnya digunakan sebagai bahan anod, voltan bateri litium-ion ditentukan terutamanya oleh ciri-ciri bahan bahan katod. Had atas voltan besi lithium fosfat ialah 3.6V, dan voltan maksimum bateri lithium dan lithium manganate ternary adalah sekitar 4.2V (bahagian seterusnya akan menjelaskan Mengapa voltan maksimum bateri ion Li-ion tidak melebihi 4.2V ). Pembangunan bateri voltan tinggi adalah laluan teknikal untuk bateri litium-ion untuk meningkatkan ketumpatan tenaga. Untuk meningkatkan voltan keluaran sel, bahan elektrod positif dengan potensi tinggi, bahan elektrod negatif dengan potensi rendah dan elektrolit dengan voltan tinggi yang stabil diperlukan.

5. Kecekapan tenaga yang tinggi

Kecekapan Coulomb, juga dipanggil kecekapan pengecasan, merujuk kepada nisbah kapasiti nyahcas bateri kepada kapasiti pengecasan semasa kitaran yang sama. Iaitu, peratusan kapasiti pelepasan khusus untuk mengecas kapasiti tertentu.

Untuk bahan elektrod positif, ia adalah kapasiti sisipan litium/kapasiti delitium, iaitu kapasiti nyahcas/kapasiti cas; untuk bahan elektrod negatif, ia adalah kapasiti penyingkiran litium/kapasiti pemasukan litium, iaitu kapasiti nyahcas/kapasiti cas.

Semasa proses pengisian, tenaga elektrik diubah menjadi tenaga kimia, dan semasa proses pengosongan, tenaga kimia diubah menjadi tenaga elektrik. Terdapat kecekapan tertentu dalam input dan output tenaga elektrik selama dua proses penukaran, dan kecekapan ini secara langsung mencerminkan prestasi bateri.

Dari perspektif fizik profesional, kecekapan Coulomb dan kecekapan tenaga adalah berbeza. Satu adalah nisbah elektrik dan yang lain adalah nisbah kerja.

Kecekapan tenaga bateri simpanan dan kecekapan Coulomb, tetapi dari ungkapan matematik, terdapat hubungan voltan antara keduanya. Voltan rata-rata cas dan pelepasan tidak sama, voltan rata-rata pelepasan umumnya kurang daripada voltan purata cas

Prestasi bateri dapat dinilai oleh kecekapan tenaga bateri. Daripada pemuliharaan tenaga, tenaga elektrik yang hilang terutamanya ditukar kepada tenaga haba. Oleh itu, kecekapan tenaga boleh menganalisis haba yang dihasilkan oleh bateri semasa proses kerja, dan kemudian hubungan antara rintangan dalaman dan haba boleh dianalisis. Dan diketahui bahawa kecekapan tenaga boleh meramalkan baki tenaga bateri dan menguruskan penggunaan rasional bateri.

Oleh kerana kuasa input selalunya tidak digunakan untuk menukar bahan aktif kepada keadaan bercas, tetapi sebahagian daripadanya digunakan (contohnya, tindak balas sampingan tidak dapat dipulihkan berlaku), jadi kecekapan Coulomb selalunya kurang daripada 100%. Tetapi setakat bateri litium-ion semasa berkenaan, kecekapan Coulomb pada asasnya boleh mencapai 99.9% dan ke atas.

Faktor yang mempengaruhi: penguraian elektrolit, pempasifan antara muka, perubahan dalam struktur, morfologi, dan kekonduksian bahan aktif elektrod akan mengurangkan kecekapan Coulomb.

Di samping itu, perlu dinyatakan bahawa pereputan bateri mempunyai sedikit kesan ke atas kecekapan Coulomb dan mempunyai sedikit kaitan dengan suhu.

Ketumpatan arus mencerminkan saiz arus yang melalui per unit luas. Apabila ketumpatan arus meningkat, arus yang dilalui oleh timbunan meningkat, kecekapan voltan berkurangan disebabkan oleh rintangan dalaman, dan kecekapan Coulomb berkurangan disebabkan oleh polarisasi kepekatan dan sebab-sebab lain. Akhirnya membawa kepada pengurangan kecekapan tenaga.

6. Prestasi suhu tinggi yang baik

Bateri litium-ion mempunyai prestasi suhu tinggi yang baik, yang bermaksud bahawa teras bateri berada dalam persekitaran suhu yang lebih tinggi, dan bahan positif dan negatif bateri, pemisah dan elektrolit juga boleh mengekalkan kestabilan yang baik, boleh berfungsi secara normal pada suhu tinggi, dan hidup tidak akan dipercepat. Suhu tinggi tidak mudah menyebabkan kemalangan pelarian terma.

Suhu bateri lithium-ion menunjukkan keadaan termal bateri, dan intinya adalah hasil penjanaan haba dan pemindahan haba bateri lithium-ion. Mengkaji ciri terma bateri lithium-ion, dan ciri penghasilan haba dan pemindahan haba mereka dalam keadaan yang berbeza, dapat membuat kita menyedari cara penting reaksi kimia eksotermik di dalam bateri lithium-ion.

Tingkah laku bateri lithium-ion yang tidak selamat, termasuk overcharge dan overdischarge bateri, cas dan pelepasan cepat, litar pintas, keadaan penyalahgunaan mekanikal, dan kejutan terma suhu tinggi, dengan mudah boleh mencetuskan reaksi sampingan berbahaya di dalam bateri dan menghasilkan haba, secara langsung memusnahkan negatif dan elektrod positif Filem pasif pada permukaan.

Apabila suhu sel meningkat hingga 130 ° C, filem SEI di permukaan elektrod negatif terurai, menyebabkan elektrod negatif karbon litium aktiviti tinggi terdedah kepada elektrolit untuk mengalami reaksi pengurangan pengoksidaan yang ganas, dan panas yang berlaku menjadikan bateri memasuki keadaan berisiko tinggi.

Apabila suhu dalaman bateri meningkat di atas 200 ° C, filem pasif pada permukaan elektrod positif menguraikan elektrod positif untuk menghasilkan oksigen, dan terus bertindak balas dengan kekerasan dengan elektrolit untuk menghasilkan sejumlah besar haba dan membentuk tekanan dalaman yang tinggi . Apabila suhu bateri mencapai melebihi 240°C, ia disertai dengan tindak balas eksotermik yang ganas antara elektrod negatif karbon litium dan pengikat.

Masalah suhu bateri litium-ion mempunyai kesan yang besar terhadap keselamatan bateri litium-ion. Persekitaran penggunaan itu sendiri mempunyai suhu tertentu, dan suhu bateri ion litium juga akan muncul apabila ia digunakan. Yang penting ialah suhu akan memberi kesan yang lebih besar terhadap tindak balas kimia di dalam bateri lithium-ion. Suhu yang terlalu tinggi malah boleh merosakkan hayat perkhidmatan bateri litium-ion, dan dalam kes yang teruk, ia akan menyebabkan masalah keselamatan untuk bateri litium-ion.

7. Prestasi suhu rendah yang baik

Bateri ion litium mempunyai prestasi suhu rendah yang baik, yang bermaksud bahawa pada suhu rendah, ion litium dan bahan elektrod di dalam bateri masih mengekalkan aktiviti tinggi, kapasiti baki yang tinggi, penurunan kapasiti pelepasan, dan tingkat pengisian yang besar yang dibenarkan.

Apabila suhu turun, kapasiti bateri lithium-ion yang tersisa merosot menjadi keadaan yang dipercepat. Semakin rendah suhu, semakin cepat kapasiti merosot. Pengecasan paksa pada suhu rendah amat berbahaya, dan sangat mudah menyebabkan kemalangan lari terma. Pada suhu rendah, aktiviti ion litium dan bahan aktif elektrod berkurang, dan kadar ion litium yang dimasukkan ke dalam bahan elektrod negatif dikurangkan dengan teruk. Apabila bekalan kuasa luaran dicas pada daya yang melebihi daya bateri yang dibenarkan, sejumlah besar ion litium terkumpul di sekitar elektrod negatif, dan ion litium yang terselit di elektrod terlambat untuk mendapatkan elektron dan kemudian langsung menyetor pada permukaan elektrod untuk membentuk kristal unsur litium. Dendrit tumbuh, menembusi diafragma secara langsung, dan menembusi elektrod positif. Menyebabkan litar pintas antara elektrod positif dan negatif, yang seterusnya menyebabkan pelarian terma.

Selain kemerosotan kapasiti pelepasan yang teruk, bateri lithium-ion tidak dapat diisi pada suhu rendah. Semasa pengecasan suhu rendah, interkalasi ion litium pada elektrod grafit bateri dan tindak balas penyaduran litium wujud bersama dan bersaing antara satu sama lain. Dalam keadaan suhu rendah, penyebaran ion litium dalam grafit dihambat, dan kekonduksian elektrolit menurun, yang menyebabkan penurunan kadar interkalasi dan membuat reaksi penyaduran litium lebih cenderung terjadi pada permukaan grafit. Sebab utama penurunan jangka hayat bateri ion lithium apabila digunakan pada suhu rendah adalah peningkatan impedans dalaman dan penurunan kapasiti disebabkan oleh pemendekan ion litium.

8. Keselamatan yang baik

Keselamatan bateri lithium-ion merangkumi bukan sahaja kestabilan bahan dalaman, tetapi juga keberkesanan langkah-langkah tambahan keselamatan bateri. Keselamatan bahan dalaman merujuk kepada bahan positif dan negatif, diafragma dan elektrolit, yang mempunyai kestabilan terma yang baik, keserasian yang baik antara elektrolit dan bahan elektrod, dan tahan api elektrolit itu sendiri. Langkah-langkah tambahan keselamatan merujuk kepada reka bentuk injap keselamatan sel, reka bentuk fius, reka bentuk rintangan sensitif suhu, dan sensitiviti yang sesuai. Setelah satu sel gagal, ia dapat mencegah kesalahan merebak dan memenuhi tujuan pengasingan.

9. Ketekalan yang baik

Melalui “kesan tong” kami memahami kepentingan konsistensi bateri. Konsistensi merujuk pada sel bateri yang digunakan dalam pek bateri yang sama, kapasiti, voltan litar terbuka, rintangan dalaman, pelepasan diri dan parameter lain sangat kecil, dan kinerjanya serupa. Jika konsistensi sel bateri dengan prestasi cemerlangnya sendiri tidak baik, keunggulannya sering terlicin selepas kumpulan itu terbentuk. Kajian telah menunjukkan bahawa kapasiti pek bateri selepas pengumpulan ditentukan oleh sel kapasiti terkecil, dan hayat pek bateri kurang daripada hayat sel terpendek.