Hva er kravene til høykvalitets litium-ion-batterier? Generelt sett er lang levetid, høy energitetthet og pålitelig sikkerhetsytelse forutsetningene for å måle et litium-ion-batteri av høy kvalitet. Litium-ion-batterier brukes for tiden i alle aspekter av dagliglivet, men produsenten eller merket er annerledes. Det er noen forskjeller i levetiden og sikkerhetsytelsen til litium-ion-batterier, som er nært knyttet til produksjonsprosessens standarder og produksjonsmaterialer; følgende forhold må være betingelsene for høykvalitets litium-ion;

1. Lang levetid

Levetiden til det sekundære batteriet inkluderer to indikatorer: sykluslevetid og kalenderlevetid. Sykluslevetid betyr at etter at batteriet har opplevd antall sykluser som er lovet av produsenten, er den gjenværende kapasiteten fortsatt større enn eller lik 80 %. Kalenderlevetiden betyr at gjenværende kapasitet ikke skal være mindre enn 80 % innenfor den tidsperioden produsenten lover, uansett om den brukes eller ikke.

Levetid er en av nøkkelindikatorene for kraftlitiumbatterier. På den ene siden er den store handlingen med å bytte batteri virkelig plagsom og brukeropplevelsen er ikke god; på den annen side, fundamentalt sett, er livet et kostnadsspørsmål.

Levetiden til et litium-ion-batteri betyr at kapasiteten til batteriet synker til den nominelle kapasiteten (ved romtemperatur på 25°C, standard atmosfæretrykk og 70 % av batterikapasiteten utladet ved 0.2C) etter en tids bruk , og livet kan betraktes som slutten på livet. I industrien beregnes sykluslevetiden vanligvis av antall sykluser med fulladede og utladede litiumionbatterier. I bruksprosessen oppstår en irreversibel elektrokjemisk reaksjon inne i litium-ion-batteriet, noe som fører til en reduksjon i kapasitet, slik som nedbrytning av elektrolytten, deaktivering av aktive materialer og kollaps av de positive og negative elektrodestrukturene føre til en reduksjon i antall litiumioner interkalering og deinterkalering. Vente. Eksperimenter viser at en høyere utslippshastighet vil føre til en raskere demping av kapasiteten. Hvis utladningsstrømmen er lav, vil batterispenningen være nær likevektsspenningen, noe som kan frigjøre mer energi.

Den teoretiske levetiden til et ternært litium-ion-batteri er omtrent 800 sykluser, som er middels blant kommersielle oppladbare litium-ion-batterier. Litiumjernfosfat er omtrent 2,000 sykluser, mens litiumtitanat sies å kunne nå 10,000 sykluser. For tiden lover mainstream batteriprodusenter mer enn 500 ganger (lading og utlading under standardforhold) i spesifikasjonene til deres ternære battericeller. Men etter at batteriene er satt sammen til en batteripakke, på grunn av konsistensproblemer, er de viktigste faktorene spenning og intern. Resistansen kan ikke være nøyaktig den samme, og sykluslevetiden er omtrent 400 ganger. Det anbefalte SOC-bruksvinduet er 10%~90%. Dyplading og utlading anbefales ikke, ellers vil det føre til irreversibel skade på batteriets positive og negative struktur. Hvis det beregnes ved grunn ladning og grunn utladning, vil sykluslevetiden være minst 1000 ganger. I tillegg, hvis litium-ion-batterier ofte utlades i miljøer med høy hastighet og høy temperatur, vil batterilevetiden bli drastisk redusert til mindre enn 200 ganger.

2. Mindre vedlikehold, lavere brukskostnader

Selve batteriet har en lav pris per kilowatt-time, som er den mest intuitive kostnaden. I tillegg til det nevnte, for brukere, avhenger hvorvidt kostnaden er veldig lav av “hele livssykluskostnaden for elektrisitet.”

“Full livssykluskostnad for elektrisitet”, den totale kraften til kraftlitiumbatteriet multipliseres med antall sykluser for å få den totale mengden strøm som kan brukes i hele batteriets livssyklus, og den totale prisen på batteriet batteripakken deles på denne summen for å få prisen per kilowatt strøm i hele livssyklusen.

Batteriprisen vi vanligvis snakker om, for eksempel 1,500 yuan/kWh, er kun basert på den totale energien til den nye battericellen. Faktisk er kostnaden for elektrisitet per livsenhet den direkte fordelen for sluttkunden. Det mest intuitive resultatet er at dersom du kjøper to batteripakker med samme kraft til samme pris, vil den ene nå slutten av levetiden etter 50 ganger lading og utlading, og den andre kan gjenbrukes etter 100 ganger lading og utlading. Disse to batteripakkene kan sees på et øyeblikk som er billigere.

For å si det rett ut, har den lang levetid, slitesterk og reduserer kostnadene.

I tillegg til de to ovennevnte kostnadene, bør vedlikeholdskostnadene til batteriet også vurderes. Bare tenk på startkostnaden, velg problemcellen, de senere vedlikeholdskostnadene og arbeidskostnadene er for høye. Når det gjelder vedlikehold av selve battericellen, er det viktig å vise til manuell balansering. BMS sin innebygde utjevningsfunksjon er begrenset av størrelsen på sin egen designutjevningsstrøm, og kan kanskje ikke oppnå den ideelle balansen mellom cellene. Etter hvert som tiden samler seg, vil problemet med for stor trykkforskjell i batteripakken oppstå. I slike situasjoner må manuell utjevning utføres, og battericellene med for lav spenning lades separat. Jo lavere frekvensen av denne situasjonen er, jo lavere vedlikeholdskostnad.

3. Høy energitetthet/høy effekttetthet

Energitetthet refererer til energien i en enhetsvekt eller enhetsvolum; den elektriske energien som frigjøres av gjennomsnittlig enhetsvolum eller masse av et batteri. Generelt, i samme volum, er energitettheten til litium-ion-batterier 2.5 ganger den for nikkel-kadmium-batterier og 1.8 ganger den for nikkel-hydrogen-batterier. Derfor, når batterikapasiteten er lik, vil litium-ion-batterier være bedre enn nikkel-kadmium- og nikkel-hydrogen-batterier. Mindre størrelse og lettere vekt.

Batteriets energitetthet=batterikapasitet× utladningsplattform/batteritykkelse/batteribredde/batterilengde.

Effekttetthet refererer til verdien av maksimal utladningseffekt per vekt- eller volumenhet. I den begrensede plassen til veikjøretøyer, bare ved å øke tettheten kan den totale energien og den totale kraften effektivt forbedres. I tillegg bruker dagens statstilskudd energitetthet og effekttetthet som terskel for å måle tilskuddsnivået, noe som ytterligere styrker viktigheten av tetthet.

Det er imidlertid en viss motsetning mellom energitetthet og sikkerhet. Etter hvert som energitettheten øker, vil sikkerhet alltid møte nyere og vanskeligere utfordringer.

4. Høyspenning

Siden grafittelektroder i utgangspunktet brukes som anodematerialer, bestemmes spenningen til litium-ion-batterier hovedsakelig av materialegenskapene til katodematerialene. Den øvre grensen for spenningen til litiumjernfosfat er 3.6V, og den maksimale spenningen for ternære litium- og litiummanganatbatterier er omtrent 4.2V (den neste delen vil forklare hvorfor ikke maksimalspenningen til Li-ion-batteriet kan overstige 4.2V ). Utviklingen av høyspentbatterier er en teknisk rute for litium-ion-batterier for å øke energitettheten. For å øke utgangsspenningen til cellen kreves et positivt elektrodemateriale med høyt potensial, et negativt elektrodemateriale med lavt potensial og en elektrolytt med stabil høyspenning.

5. Høy energieffektivitet

Coulomb-effektivitet, også kalt ladeeffektivitet, refererer til forholdet mellom batteriutladningskapasitet og ladekapasitet under samme syklus. Det vil si prosentandelen av utslippsspesifikk kapasitet for å lade spesifikk kapasitet.

For det positive elektrodematerialet er det litiuminnsettingskapasiteten/delithiumkapasiteten, det vil si utladningskapasiteten/ladekapasiteten; for det negative elektrodematerialet er det litiumfjerningskapasiteten/litiuminnsettingskapasiteten, det vil si utladningskapasiteten/ladekapasiteten.

Under ladeprosessen omdannes elektrisk energi til kjemisk energi, og under utladingsprosessen omdannes kjemisk energi til elektrisk energi. Det er en viss effektivitet i input og output av elektrisk energi under de to konverteringsprosessene, og denne effektiviteten gjenspeiler direkte ytelsen til batteriet.

Fra perspektivet til profesjonell fysikk er Coulomb-effektivitet og energieffektivitet forskjellige. Det ene er forholdet mellom elektrisitet og det andre er forholdet mellom arbeid.

Energieffektiviteten til lagringsbatteriet og Coulomb-effektiviteten, men fra det matematiske uttrykket er det et spenningsforhold mellom de to. Den gjennomsnittlige spenningen for ladning og utladning er ikke lik, den gjennomsnittlige utladningsspenningen er generelt mindre enn den gjennomsnittlige ladningsspenningen

Ytelsen til batteriet kan bedømmes ut fra batteriets energieffektivitet. Fra bevaring av energi blir den tapte elektriske energien hovedsakelig omdannet til varmeenergi. Derfor kan energieffektiviteten analysere varmen som genereres av batteriet under arbeidsprosessen, og deretter kan forholdet mellom indre motstand og varme analyseres. Og det er kjent at energieffektivitet kan forutsi gjenværende energi til batteriet og administrere rasjonell bruk av batteriet.

Fordi inngangseffekten ofte ikke brukes til å konvertere det aktive materialet til en ladet tilstand, men en del av det forbrukes (for eksempel oppstår irreversible sidereaksjoner), så Coulomb-effektiviteten er ofte mindre enn 100 %. Men når det gjelder gjeldende litium-ion-batterier, kan Coulomb-effektiviteten i utgangspunktet nå 99.9% og over.

Påvirkningsfaktorer: elektrolyttnedbrytning, grensesnittpassivering, endringer i strukturen, morfologien og ledningsevnen til elektrodeaktive materialer vil redusere Coulomb-effektiviteten.

I tillegg er det verdt å nevne at batterinedbrytning har liten effekt på Coulomb-effektiviteten og har lite med temperatur å gjøre.

Strømtettheten gjenspeiler størrelsen på strømmen som passerer per arealenhet. Når strømtettheten øker, øker strømmen som sendes av stabelen, spenningseffektiviteten reduseres på grunn av intern motstand, og Coulomb-effektiviteten reduseres på grunn av konsentrasjonspolarisering og andre årsaker. Til slutt føre til en reduksjon i energieffektivitet.

6. God ytelse ved høy temperatur

Litium-ion-batterier har god høytemperaturytelse, noe som betyr at batterikjernen er i et miljø med høyere temperatur, og batteriets positive og negative materialer, separatorer og elektrolytt kan også opprettholde god stabilitet, kan fungere normalt ved høye temperaturer, og livet vil ikke bli fremskyndet. Høy temperatur er ikke lett å forårsake termiske løpsulykker.

Temperaturen på litium-ion-batteriet viser den termiske tilstanden til batteriet, og essensen av det er resultatet av varmeutviklingen og varmeoverføringen til litium-ion-batteriet. Å studere de termiske egenskapene til litium-ion-batterier, og deres varmeutvikling og varmeoverføringsegenskaper under forskjellige forhold, kan få oss til å innse den viktige måten for eksotermiske kjemiske reaksjoner inne i litium-ion-batterier.

Usikker oppførsel av litiumion-batterier, inkludert batterioverlading og overutlading, hurtiglading og utlading, kortslutning, mekaniske misbruksforhold og høytemperatur termisk sjokk, kan lett utløse farlige sidereaksjoner inne i batteriet og generere varme, direkte ødelegge det negative og positive elektroder Passivasjonsfilm på overflaten.

Når celletemperaturen stiger til 130 °C, brytes SEI-filmen på overflaten av den negative elektroden ned, noe som fører til at den høyaktive litiumkarbon-negative elektroden blir utsatt for elektrolytten for å gjennomgå en voldsom oksidasjons-reduksjonsreaksjon, og varmen som oppstår gjør at batteriet går inn i en høyrisikotilstand.

Når den indre temperaturen i batteriet stiger over 200°C, bryter passiveringsfilmen på den positive elektrodeoverflaten ned den positive elektroden for å generere oksygen, og fortsetter å reagere voldsomt med elektrolytten for å generere en stor mengde varme og danne et høyt indre trykk. . Når batteritemperaturen når over 240°C, er det ledsaget av en voldsom eksoterm reaksjon mellom den negative litiumkarbonelektroden og bindemidlet.

Temperaturproblemet til litium-ion-batterier har stor innvirkning på sikkerheten til litium-ion-batterier. Selve bruksmiljøet har en viss temperatur, og temperaturen på litiumionbatteriet vil også vises når det brukes. Det viktige er at temperaturen vil ha større innvirkning på den kjemiske reaksjonen inne i litium-ion-batteriet. For høy temperatur kan til og med skade levetiden til litium-ion-batteriet, og i alvorlige tilfeller vil det føre til sikkerhetsproblemer for litium-ion-batteriet.

7. God lavtemperaturytelse

Lithium-ion-batterier har god lavtemperaturytelse, noe som betyr at litiumionene og elektrodematerialene inne i batteriet ved lave temperaturer fortsatt opprettholder høy aktivitet, høy restkapasitet, redusert utladningskapasitet og stor tillatt ladehastighet.

Når temperaturen synker, faller den gjenværende kapasiteten til litium-ion-batteriet til en akselerert situasjon. Jo lavere temperatur, desto raskere faller kapasiteten. Tvangslading ved lave temperaturer er ekstremt skadelig, og det er veldig lett å forårsake termiske løpsulykker. Ved lave temperaturer avtar aktiviteten til litiumioner og elektrodeaktive materialer, og hastigheten som litiumioner settes inn i det negative elektrodematerialet reduseres kraftig. Når den eksterne strømforsyningen lades med en effekt som overstiger den tillatte kraften til batteriet, samler det seg en stor mengde litiumioner rundt den negative elektroden, og litiumionene innebygd i elektroden er for sent til å få elektroner og avsettes deretter direkte på elektroden. overflaten av elektroden for å danne litiumelementære krystaller. Dendritten vokser, trenger direkte inn i membranen og gjennomborer den positive elektroden. Forårsaker en kortslutning mellom de positive og negative elektrodene, som igjen fører til termisk løping.

I tillegg til den alvorlige forringelsen av utladningskapasiteten, kan ikke litium-ion-batterier lades ved lave temperaturer. Under lavtemperaturlading eksisterer interkalering av litiumioner på grafittelektroden til batteriet og litiumbeleggsreaksjonen samtidig og konkurrerer med hverandre. Under lave temperaturforhold hemmes diffusjonen av litiumioner i grafitt, og elektrolyttens ledningsevne reduseres, noe som fører til en reduksjon i interkalasjonshastigheten og gjør litiumbeleggsreaksjonen mer sannsynlig å oppstå på grafittoverflaten. Hovedårsakene til reduksjonen i levetiden til litium-ion-batterier når de brukes ved lave temperaturer er økningen i intern impedans og degradering av kapasiteten på grunn av utfelling av litiumioner.

8. God sikkerhet

Sikkerheten til litium-ion-batterier inkluderer ikke bare stabiliteten til interne materialer, men også effektiviteten til batterisikkerhetshjelpetiltak. Sikkerheten til interne materialer refererer til de positive og negative materialene, diafragma og elektrolytt, som har god termisk stabilitet, god kompatibilitet mellom elektrolytten og elektrodematerialet, og god flammehemming av selve elektrolytten. Sikkerhetstiltak refererer til cellens sikkerhetsventildesign, sikringsdesign, temperaturfølsom motstandsdesign, og følsomheten er passende. Etter at en enkelt celle svikter, kan den forhindre at feilen sprer seg og tjene formålet med isolasjon.

9. God konsistens

Gjennom “tønneeffekten” forstår vi viktigheten av batterikonsistens. Konsistens refererer til battericellene som brukes i samme batteripakke, kapasiteten, åpen kretsspenning, intern motstand, selvutlading og andre parametere er ekstremt små, og ytelsen er lik. Hvis konsistensen til battericellen med sin egen utmerkede ytelse ikke er god, jevnes dens overlegenhet ofte ut etter at gruppen er dannet. Studier har vist at kapasiteten til batteripakken etter gruppering bestemmes av cellen med minste kapasitet, og batteripakkens levetid er kortere enn levetiden til den korteste cellen.