Jakie są wymagania dotyczące wysokiej jakości akumulatorów litowo-jonowych? Ogólnie mówiąc, długa żywotność, wysoka gęstość energii i niezawodne bezpieczeństwo to warunki wstępne pomiaru wysokiej jakości akumulatora litowo-jonowego. Baterie litowo-jonowe są obecnie używane we wszystkich aspektach życia codziennego, ale producent lub marka są inne. Istnieją pewne różnice w zakresie żywotności i bezpieczeństwa akumulatorów litowo-jonowych, które są ściśle związane ze standardami procesu produkcyjnego i materiałami produkcyjnymi; następujące warunki muszą być warunkami dla wysokiej jakości litu-jonu;

1. Długa żywotność

Żywotność baterii dodatkowej obejmuje dwa wskaźniki: cykl życia i żywotność kalendarza. Cykl życia oznacza, że ​​po osiągnięciu przez akumulator liczby cykli obiecanej przez producenta, pozostała pojemność jest nadal większa lub równa 80%. Żywotność kalendarzowa oznacza, że ​​pozostała pojemność nie może być mniejsza niż 80% w okresie obiecanym przez producenta, bez względu na to, czy jest używana, czy nie.

Życie jest jednym z kluczowych wskaźników mocy baterii litowych. Z jednej strony wielka akcja wymiany baterii jest naprawdę kłopotliwa, a wrażenia użytkownika nie są dobre; z drugiej strony życie to kwestia kosztów.

Żywotność baterii litowo-jonowej oznacza, że ​​pojemność baterii spada do pojemności nominalnej (w temperaturze pokojowej 25°C, normalnym ciśnieniu atmosferycznym i 70% pojemności rozładowanej w temperaturze 0.2C) po okresie użytkowania , a życie można uznać za koniec życia. W branży cykl życia jest zwykle obliczany na podstawie liczby cykli w pełni naładowanych i rozładowanych akumulatorów litowo-jonowych. W trakcie użytkowania wewnątrz akumulatora litowo-jonowego zachodzi nieodwracalna reakcja elektrochemiczna, która prowadzi do spadku pojemności, takiego jak rozkład elektrolitu, dezaktywacja materiałów aktywnych oraz zapadnięcie się struktur elektrody dodatniej i ujemnej prowadzą do zmniejszenia liczby interkalacji i deinterkalacji jonów litu. Czekać. Eksperymenty pokazują, że wyższa szybkość rozładowania prowadzi do szybszego tłumienia pojemności. Jeśli prąd rozładowania jest niski, napięcie akumulatora będzie zbliżone do napięcia równowagi, co może uwolnić więcej energii.

Teoretyczna żywotność trójskładnikowego akumulatora litowo-jonowego wynosi około 800 cykli, co jest średnią wśród komercyjnych akumulatorów litowo-jonowych. Fosforan litowo-żelazowy ma około 2,000 cykli, podczas gdy tytanian litu może osiągnąć 10,000 500 cykli. Obecnie główni producenci akumulatorów obiecują ponad 400 razy (ładowanie i rozładowywanie w standardowych warunkach) w specyfikacjach swoich trójskładnikowych ogniw akumulatorowych. Jednak po złożeniu akumulatorów w pakiet akumulatorów, ze względu na problemy ze spójnością, najważniejszymi czynnikami są napięcie i wewnętrzna. Rezystancja nie może być dokładnie taka sama, a jej cykl życia wynosi około 10 razy. Zalecane okno użycia SOC to 90%~1000%. Nie zaleca się głębokiego ładowania i rozładowywania, w przeciwnym razie spowoduje nieodwracalne uszkodzenie dodatniej i ujemnej struktury akumulatora. Jeśli zostanie obliczony na podstawie płytkiego ładowania i płytkiego rozładowania, cykl życia będzie co najmniej 200 razy. Ponadto, jeśli baterie litowo-jonowe są często rozładowywane w środowiskach o dużej szybkości i wysokiej temperaturze, żywotność baterii zostanie drastycznie skrócona do mniej niż XNUMX razy.

2. Mniej konserwacji, niższe koszty użytkowania

Sama bateria ma niską cenę za kilowatogodzinę, co jest najbardziej intuicyjnym kosztem. Oprócz wyżej wymienionych, dla użytkowników to, czy koszt jest naprawdę niski, zależy od „kosztu pełnego cyklu życia energii elektrycznej”.

„Koszt energii elektrycznej w całym cyklu życia”, całkowita moc baterii litowej mocy jest mnożona przez liczbę cykli, aby uzyskać całkowitą ilość energii, którą można wykorzystać w pełnym cyklu życia baterii, oraz całkowitą cenę pakiet akumulatorów dzieli się przez tę sumę, aby uzyskać cenę za kilowat energii elektrycznej w pełnym cyklu życia.

Cena baterii, o której zwykle mówimy, taka jak 1,500 juanów/kWh, jest oparta tylko na całkowitej energii nowego ogniwa baterii. W rzeczywistości koszt energii elektrycznej na jednostkę życia jest bezpośrednią korzyścią dla klienta końcowego. Najbardziej intuicyjny wynik jest taki, że jeśli kupisz dwa akumulatory o tej samej mocy w tej samej cenie, jeden osiągnie koniec życia po 50 ładowaniu i rozładowaniu, a drugi może być ponownie użyty po 100 ładowaniu i rozładowywaniu. Te dwa akumulatory można zobaczyć na pierwszy rzut oka, co jest tańsze.

Mówiąc wprost, jest długowieczny, trwały i obniża koszty.

Oprócz powyższych dwóch kosztów należy również wziąć pod uwagę koszt konserwacji akumulatora. Wystarczy wziąć pod uwagę początkowy koszt, wybrać komórkę problemową, późniejsze koszty konserwacji i koszty pracy są zbyt wysokie. Jeśli chodzi o konserwację samego ogniwa akumulatora, ważne jest, aby odnieść się do ręcznego wyważania. Wbudowana funkcja wyrównania BMS jest ograniczona wielkością własnego zaprojektowanego prądu wyrównawczego i może nie być w stanie osiągnąć idealnej równowagi między ogniwami. W miarę upływu czasu pojawi się problem nadmiernej różnicy ciśnień w akumulatorze. W takich sytuacjach należy przeprowadzić ręczne wyrównanie, a ogniwa o zbyt niskim napięciu są ładowane osobno. Im mniejsza częstotliwość tej sytuacji, tym niższe koszty utrzymania.

3. Wysoka gęstość energii/wysoka gęstość mocy

Gęstość energii odnosi się do energii zawartej w jednostce masy lub jednostkowej objętości; energia elektryczna uwalniana przez średnią jednostkową objętość lub masę akumulatora. Ogólnie rzecz biorąc, w tej samej objętości gęstość energii akumulatorów litowo-jonowych jest 2.5 razy większa niż w przypadku akumulatorów niklowo-kadmowych i 1.8 razy większa niż w przypadku akumulatorów niklowo-wodorowych. Dlatego, gdy pojemność baterii jest równa, akumulatory litowo-jonowe będą lepsze niż akumulatory niklowo-kadmowe i niklowo-wodorowe. Mniejszy rozmiar i lżejsza waga.

Gęstość energii akumulatora = pojemność akumulatora × platforma rozładowania / grubość akumulatora / szerokość akumulatora / długość akumulatora.

Gęstość mocy odnosi się do wartości maksymalnej mocy rozładowania na jednostkę masy lub objętości. W ograniczonej przestrzeni pojazdów drogowych tylko poprzez zwiększenie gęstości można skutecznie poprawić całkowitą energię i moc. Ponadto obecne dotacje państwowe wykorzystują gęstość energii i gęstość mocy jako próg pomiaru poziomu dotacji, co dodatkowo wzmacnia znaczenie gęstości.

Istnieje jednak pewna sprzeczność między gęstością energii a bezpieczeństwem. Wraz ze wzrostem gęstości energii bezpieczeństwo zawsze będzie stawiać czoła coraz to nowszym i trudniejszym wyzwaniom.

4. Wysokie napięcie

Ponieważ elektrody grafitowe są zasadniczo stosowane jako materiały anodowe, napięcie akumulatorów litowo-jonowych zależy głównie od właściwości materiałowych materiałów katodowych. Górna granica napięcia fosforanu litowo-żelazowego wynosi 3.6 V, a maksymalne napięcie trójskładnikowych baterii litowych i manganianowych wynosi około 4.2 V (następna część wyjaśni, dlaczego maksymalne napięcie akumulatora litowo-jonowego nie może przekroczyć 4.2 V ). Rozwój akumulatorów wysokonapięciowych to techniczna droga dla akumulatorów litowo-jonowych w celu zwiększenia gęstości energii. Aby zwiększyć napięcie wyjściowe ogniwa, wymagany jest materiał elektrody dodatniej o wysokim potencjale, materiał elektrody ujemnej o niskim potencjale i elektrolit o stabilnym wysokim napięciu.

5. Wysoka efektywność energetyczna

Sprawność kulombowska, zwana również sprawnością ładowania, odnosi się do stosunku pojemności rozładowania akumulatora do pojemności ładowania podczas tego samego cyklu. Oznacza to, że procent określonej pojemności rozładowania do ładowania określonej pojemności.

W przypadku materiału elektrody dodatniej jest to pojemność wstawiania litu/pojemność delitu, to znaczy pojemność rozładowania/pojemność ładowania; w przypadku materiału elektrody ujemnej jest to pojemność usuwania litu/pojemność wkładania litu, czyli pojemność rozładowania/pojemność ładowania.

Podczas procesu ładowania energia elektryczna zamieniana jest na energię chemiczną, a podczas procesu rozładowywania energia chemiczna zamieniana jest na energię elektryczną. Podczas dwóch procesów konwersji występuje pewna sprawność wejścia i wyjścia energii elektrycznej, która bezpośrednio odzwierciedla wydajność akumulatora.

Z punktu widzenia fizyki zawodowej sprawność kulombowska i sprawność energetyczna są różne. Jeden to stosunek energii elektrycznej, a drugi to stosunek pracy.

Sprawność energetyczna akumulatora i sprawność kulombowska, ale z matematycznego wyrażenia, istnieje między nimi zależność napięciowa. Średnie napięcie ładowania i rozładowania nie jest równe, średnie napięcie rozładowania jest na ogół mniejsze niż średnie napięcie ładowania

Wydajność akumulatora można ocenić na podstawie wydajności energetycznej akumulatora. W wyniku zachowania energii utracona energia elektryczna jest głównie przekształcana w energię cieplną. Dzięki temu efektywność energetyczna może analizować ciepło generowane przez akumulator podczas procesu pracy, a następnie analizować zależność między oporem wewnętrznym a ciepłem. A wiadomo, że efektywność energetyczna może przewidzieć pozostałą energię akumulatora i zarządzać racjonalnym użytkowaniem akumulatora.

Ponieważ moc wejściowa często nie jest wykorzystywana do przekształcenia materiału aktywnego w stan naładowany, ale jej część jest zużywana (na przykład występują nieodwracalne reakcje uboczne), więc sprawność Coulomba jest często mniejsza niż 100%. Ale jeśli chodzi o obecne akumulatory litowo-jonowe, sprawność Coulomba może w zasadzie osiągnąć 99.9% i więcej.

Czynniki wpływające: rozkład elektrolitu, pasywacja powierzchni międzyfazowej, zmiany w strukturze, morfologii i przewodności materiałów aktywnych elektrody zmniejszą sprawność kulombowska.

Ponadto warto wspomnieć, że rozpad baterii ma niewielki wpływ na sprawność kulombowska i ma niewiele wspólnego z temperaturą.

Gęstość prądu odzwierciedla rozmiar bieżącego przepływu na jednostkę powierzchni. Wraz ze wzrostem gęstości prądu, prąd przepływający przez stos wzrasta, sprawność napięciowa spada z powodu rezystancji wewnętrznej, a sprawność kulombowska maleje z powodu polaryzacji koncentracji i innych powodów. Ostatecznie doprowadzić do zmniejszenia efektywności energetycznej.

6. Dobra wydajność w wysokich temperaturach

Akumulatory litowo-jonowe mają dobrą wydajność w wysokich temperaturach, co oznacza, że ​​rdzeń akumulatora znajduje się w środowisku o wyższej temperaturze, a dodatnie i ujemne materiały akumulatora, separatory i elektrolit mogą również zachować dobrą stabilność, mogą normalnie pracować w wysokich temperaturach, a życie nie zostanie przyspieszone. Wysoka temperatura nie jest łatwa do spowodowania niekontrolowanych wypadków termicznych.

Temperatura akumulatora litowo-jonowego pokazuje stan cieplny akumulatora, a jego istota jest wynikiem wytwarzania ciepła i wymiany ciepła przez akumulator litowo-jonowy. Badanie właściwości termicznych akumulatorów litowo-jonowych oraz ich charakterystyki wytwarzania ciepła i wymiany ciepła w różnych warunkach może uświadomić nam ważny sposób egzotermicznych reakcji chemicznych wewnątrz akumulatorów litowo-jonowych.

Niebezpieczne zachowania akumulatorów litowo-jonowych, w tym przeładowanie i nadmierne rozładowanie akumulatora, szybkie ładowanie i rozładowanie, zwarcie, warunki mechaniczne i szok termiczny, mogą łatwo wywołać niebezpieczne reakcje uboczne wewnątrz akumulatora i wygenerować ciepło, bezpośrednio niszcząc ujemny i elektrody dodatnie Folia pasywacyjna na powierzchni.

Gdy temperatura ogniwa wzrasta do 130°C, warstwa SEI na powierzchni elektrody ujemnej rozkłada się, powodując wystawienie wysokoaktywnej elektrody ujemnej litowo-węglowej na działanie elektrolitu, w której następuje gwałtowna reakcja utleniania-redukcji i ciepło, które wystąpi powoduje, że bateria przechodzi w stan wysokiego ryzyka.

Gdy temperatura wewnętrzna akumulatora wzrośnie powyżej 200 ° C, folia pasywacyjna na powierzchni elektrody dodatniej rozkłada elektrodę dodatnią, aby wygenerować tlen i nadal gwałtownie reaguje z elektrolitem, generując dużą ilość ciepła i tworząc wysokie ciśnienie wewnętrzne . Gdy temperatura akumulatora przekroczy 240°C, towarzyszy gwałtowna reakcja egzotermiczna między ujemną elektrodą litowo-węglową a spoiwem.

Problem temperatury akumulatorów litowo-jonowych ma ogromny wpływ na bezpieczeństwo akumulatorów litowo-jonowych. Samo środowisko użytkowania ma określoną temperaturę, a temperatura akumulatora litowo-jonowego pojawi się również podczas jego użytkowania. Co ważne, temperatura będzie miała większy wpływ na reakcję chemiczną wewnątrz akumulatora litowo-jonowego. Zbyt wysoka temperatura może nawet uszkodzić żywotność akumulatora litowo-jonowego, aw ciężkich przypadkach spowoduje problemy z bezpieczeństwem akumulatora litowo-jonowego.

7. Dobra wydajność w niskich temperaturach

Akumulatory litowo-jonowe mają dobrą wydajność w niskich temperaturach, co oznacza, że ​​w niskich temperaturach jony litu i materiały elektrod wewnątrz akumulatora nadal zachowują wysoką aktywność, wysoką pojemność resztkową, zmniejszoną degradację pojemności rozładowania i dużą dopuszczalną szybkość ładowania.

Wraz ze spadkiem temperatury pozostała pojemność akumulatora litowo-jonowego zmniejsza się do przyspieszonej sytuacji. Im niższa temperatura, tym szybciej zanika pojemność. Przymusowe ładowanie w niskich temperaturach jest niezwykle szkodliwe i bardzo łatwo jest spowodować niekontrolowane wypadki termiczne. W niskich temperaturach aktywność jonów litu i aktywnych materiałów elektrody zmniejsza się, a szybkość, z jaką jony litu są wprowadzane do materiału elektrody ujemnej, jest znacznie zmniejszona. Gdy zewnętrzny zasilacz jest ładowany z mocą przekraczającą dopuszczalną moc akumulatora, wokół elektrody ujemnej gromadzi się duża ilość jonów litu, a jony litu osadzone w elektrodzie są zbyt późno, aby pobrać elektrony, a następnie osadzać się bezpośrednio na powierzchni elektrody z wytworzeniem elementarnych kryształów litu. Dendryt rośnie, penetruje bezpośrednio membranę i przebija elektrodę dodatnią. Powoduje zwarcie między dodatnią i ujemną elektrodą, co z kolei prowadzi do niestabilności termicznej.

Oprócz poważnego pogorszenia zdolności rozładowania, akumulatory litowo-jonowe nie mogą być ładowane w niskich temperaturach. Podczas ładowania niskotemperaturowego interkalacja jonów litu na elektrodzie grafitowej akumulatora i reakcja galwanizacji litu współistnieją i konkurują ze sobą. W warunkach niskiej temperatury dyfuzja jonów litu w graficie zostaje zahamowana, a przewodnictwo elektrolitu spada, co prowadzi do zmniejszenia szybkości interkalacji i zwiększa prawdopodobieństwo zajścia reakcji galwanizacji litu na powierzchni grafitu. Głównymi przyczynami skrócenia żywotności akumulatorów litowo-jonowych przy pracy w niskich temperaturach jest wzrost impedancji wewnętrznej oraz degradacja pojemności na skutek wytrącania się jonów litu.

8. Dobre bezpieczeństwo

Bezpieczeństwo akumulatorów litowo-jonowych obejmuje nie tylko stabilność materiałów wewnętrznych, ale także skuteczność środków pomocniczych do zabezpieczania akumulatorów. Bezpieczeństwo materiałów wewnętrznych odnosi się do materiałów dodatnich i ujemnych, membrany i elektrolitu, które mają dobrą stabilność termiczną, dobrą kompatybilność między elektrolitem a materiałem elektrody oraz dobrą ognioodporność samego elektrolitu. Pomocnicze środki bezpieczeństwa odnoszą się do konstrukcji zaworu bezpieczeństwa ogniwa, konstrukcji bezpiecznika, konstrukcji rezystancji wrażliwej na temperaturę, a czułość jest odpowiednia. Gdy pojedyncza komórka ulegnie awarii, może zapobiec rozprzestrzenianiu się usterki i służyć do izolacji.

9. Dobra konsystencja

Poprzez „efekt beczki” rozumiemy, jak ważna jest konsystencja baterii. Spójność odnosi się do ogniw stosowanych w tym samym zestawie akumulatorów, pojemność, napięcie w obwodzie otwartym, rezystancja wewnętrzna, samorozładowanie i inne parametry są bardzo małe, a wydajność jest podobna. Jeśli konsystencja ogniwa akumulatora z jego własną doskonałą wydajnością nie jest dobra, jego wyższość często niweluje się po utworzeniu grupy. Badania wykazały, że pojemność pakietu akumulatorów po zgrupowaniu jest określana przez ogniwo o najmniejszej pojemności, a żywotność pakietu akumulatorów jest krótsza niż żywotność ogniwa najkrótszego.