Care sunt cerințele pentru bateriile litiu-ion de înaltă calitate? În general, durată lungă de viață, densitate mare de energie și performanță de siguranță fiabilă sunt premisele pentru măsurarea unei baterii litiu-ion de înaltă calitate. Bateriile litiu-ion sunt folosite în prezent în toate aspectele vieții de zi cu zi, dar producătorul sau marca este diferită. Există unele diferențe în ceea ce privește durata de viață și performanța de siguranță a bateriilor litiu-ion, care sunt strâns legate de standardele procesului de producție și de materialele de producție; următoarele condiții trebuie să fie condițiile pentru litiu-ion de înaltă calitate;

1. Durată de viață lungă

Durata de viață a bateriei secundare include doi indicatori: durata de viață a ciclului și viața calendaristică. Durata de viață înseamnă că, după ce bateria a experimentat numărul de cicluri promis de producător, capacitatea rămasă este în continuare mai mare sau egală cu 80%. Durata de viață calendaristică înseamnă că capacitatea rămasă nu va fi mai mică de 80% în perioada de timp promisă de producător, indiferent dacă este utilizată sau nu.

Viața este unul dintre indicatorii cheie ai puterii bateriilor cu litiu. Pe de o parte, marea acțiune de înlocuire a bateriei este cu adevărat supărătoare, iar experiența utilizatorului nu este bună; pe de altă parte, în mod fundamental, viața este o problemă de cost.

Durata de viață a bateriei litiu-ion înseamnă că capacitatea bateriei scade la capacitatea nominală (la temperatura camerei de 25°C, presiunea atmosferică standard și 70% din capacitatea bateriei descărcată la 0.2C) după o perioadă de utilizare , iar viața poate fi considerată ca sfârșitul vieții. În industrie, durata ciclului de viață este în general calculată prin numărul de cicluri ale bateriilor litiu-ion complet încărcate și descărcate. În procesul de utilizare, în interiorul bateriei litiu-ion are loc o reacție electrochimică ireversibilă, ceea ce duce la o scădere a capacității, cum ar fi descompunerea electrolitului, dezactivarea materialelor active și prăbușirea structurilor electrodului pozitiv și negativ. duce la scăderea numărului de ioni de litiu de intercalare și deintercalare. Aștepta. Experimentele arată că o rată mai mare de descărcare va duce la o atenuare mai rapidă a capacității. Dacă curentul de descărcare este scăzut, tensiunea bateriei va fi aproape de tensiunea de echilibru, ceea ce poate elibera mai multă energie.

Durata de viață teoretică a unei baterii litiu-ion ternare este de aproximativ 800 de cicluri, ceea ce este medie între bateriile litiu-ion reîncărcabile comerciale. Fosfatul de fier de litiu are aproximativ 2,000 de cicluri, în timp ce se spune că titanatul de litiu poate ajunge la 10,000 de cicluri. În prezent, producătorii de baterii obișnuite promit de peste 500 de ori (încărcare și descărcare în condiții standard) în specificațiile celulelor lor de baterii ternare. Cu toate acestea, după ce bateriile sunt asamblate într-un pachet de baterii, din cauza problemelor de consistență, cei mai importanți factori sunt tensiunea și interiorul Rezistența nu poate fi exact aceeași, iar durata sa de viață este de aproximativ 400 de ori. Fereastra de utilizare SOC recomandată este de 10%~90%. Nu se recomandă încărcarea și descărcarea profundă, altfel va provoca daune ireversibile structurii pozitive și negative a bateriei. Dacă se calculează prin încărcare mică și descărcare superficială, durata ciclului de viață va fi de cel puțin 1000 de ori. În plus, dacă bateriile cu litiu-ion sunt descărcate frecvent în medii cu viteză ridicată și temperatură ridicată, durata de viață a bateriei va fi redusă drastic la mai puțin de 200 de ori.

2. Mai puțină întreținere, cost de utilizare mai mic

Bateria în sine are un preț scăzut pe kilowatt-oră, care este cel mai intuitiv cost. În plus față de cele menționate anterior, pentru utilizatori, dacă costul este într-adevăr scăzut depinde de „costul întregului ciclu de viață al energiei electrice”.

„Costul ciclului de viață complet al electricității”, puterea totală a bateriei cu litiu de putere este înmulțită cu numărul de cicluri pentru a obține cantitatea totală de energie care poate fi utilizată pe întregul ciclu de viață al bateriei și prețul total al pachetul de baterii este împărțit la această sumă pentru a obține prețul per kilowatt de electricitate în întregul ciclu de viață.

Prețul bateriei despre care vorbim de obicei, cum ar fi 1,500 de yuani/kWh, se bazează doar pe energia totală a noii celule a bateriei. De fapt, costul energiei electrice pe unitatea de viață este beneficiul direct al clientului final. Cel mai intuitiv rezultat este că, dacă cumpărați două baterii cu aceeași putere la același preț, unul va ajunge la sfârșitul duratei de viață după 50 de ori de încărcare și descărcare, iar celălalt poate fi reutilizat după 100 de ori de încărcare și descărcare. Aceste două baterii pot fi văzute dintr-o privire care sunt mai ieftine.

Pentru a spune direct, are o durată lungă de viață, durabilă și reduce costurile.

Pe lângă cele două costuri de mai sus, ar trebui luat în considerare și costul de întreținere al bateriei. Pur și simplu luați în considerare costul inițial, selectați celula cu probleme, costul de întreținere ulterioară și costul forței de muncă sunt prea mari. În ceea ce privește întreținerea celulei bateriei în sine, este important să faceți referire la echilibrarea manuală. Funcția de egalizare încorporată a BMS este limitată de mărimea propriului curent de egalizare proiectat și este posibil să nu poată atinge echilibrul ideal între celule. Pe măsură ce timpul se acumulează, va apărea problema diferenței excesive de presiune în acumulator. În astfel de situații, egalizarea manuală trebuie efectuată, iar celulele bateriei cu tensiune prea mică sunt încărcate separat. Cu cât frecvența acestei situații este mai mică, cu atât costul de întreținere este mai mic.

3. Densitate mare de energie/densitate mare de putere

Densitatea de energie se referă la energia conținută într-o unitate de greutate sau unitate de volum; energia electrică eliberată de unitatea medie de volum sau masă a unei baterii. În general, în același volum, densitatea de energie a bateriilor litiu-ion este de 2.5 ori mai mare decât a bateriilor nichel-cadmiu și de 1.8 ori mai mare decât a bateriilor nichel-hidrogen. Prin urmare, atunci când capacitatea bateriei este egală, bateriile litiu-ion vor fi mai bune decât bateriile cu nichel-cadmiu și nichel-hidrogen. Dimensiuni mai mici și greutate mai mică.

Densitatea energiei bateriei=capacitatea bateriei× platformă de descărcare/grosimea bateriei/lățimea bateriei/lungimea bateriei.

Densitatea de putere se referă la valoarea puterii maxime de descărcare pe unitate de greutate sau volum. În spațiul limitat al vehiculelor rutiere, numai prin creșterea densității se poate îmbunătăți efectiv energia și puterea totală. În plus, actualele subvenții de stat folosesc densitatea energetică și densitatea de putere ca prag pentru a măsura nivelul subvențiilor, ceea ce întărește și mai mult importanța densității.

Cu toate acestea, există o anumită contradicție între densitatea energetică și siguranță. Pe măsură ce densitatea energiei crește, siguranța se va confrunta întotdeauna cu provocări mai noi și mai dificile.

4. Înaltă tensiune

Deoarece electrozii de grafit sunt utilizați practic ca materiale anodice, tensiunea bateriilor litiu-ion este determinată în principal de caracteristicile materialelor materialelor catodice. Limita superioară a tensiunii fosfatului de litiu-fier este de 3.6 V, iar tensiunea maximă a bateriilor ternare de litiu și manganat de litiu este de aproximativ 4.2 V (următoarea parte va explica De ce tensiunea maximă a bateriei Li-ion nu poate depăși 4.2 V ). Dezvoltarea bateriilor de înaltă tensiune este o cale tehnică pentru bateriile litiu-ion pentru a crește densitatea energiei. Pentru a crește tensiunea de ieșire a celulei, este necesar un material pozitiv al electrodului cu un potențial ridicat, un material negativ al electrodului cu un potențial scăzut și un electrolit cu o tensiune înaltă stabilă.

5. Eficiență energetică ridicată

Eficiența Coulomb, numită și eficiență de încărcare, se referă la raportul dintre capacitatea de descărcare a bateriei și capacitatea de încărcare în timpul aceluiași ciclu. Adică procentul capacității specifice de descărcare pentru a încărca capacitatea specifică.

Pentru materialul electrodului pozitiv, este capacitatea de inserție de litiu/capacitate de delitiu, adică capacitatea de descărcare/capacitate de încărcare; pentru materialul electrodului negativ, este capacitatea de îndepărtare a litiului/capacitatea de introducere a litiului, adică capacitatea de descărcare/capacitatea de încărcare.

În timpul procesului de încărcare, energia electrică este transformată în energie chimică, iar în timpul procesului de descărcare, energia chimică este transformată în energie electrică. Există o anumită eficiență în intrarea și ieșirea energiei electrice în timpul celor două procese de conversie, iar această eficiență reflectă direct performanța bateriei.

Din perspectiva fizicii profesionale, eficiența Coulomb și eficiența energetică sunt diferite. Unul este raportul de energie electrică, iar celălalt este raportul de muncă.

Eficiența energetică a bateriei de stocare și eficiența Coulomb, dar din expresia matematică, există o relație de tensiune între cele două. Tensiunea medie de încărcare și descărcare nu este egală, tensiunea medie de descărcare este în general mai mică decât tensiunea medie de încărcare

Performanța bateriei poate fi judecată după eficiența energetică a bateriei. Din conservarea energiei, energia electrică pierdută este transformată în principal în energie termică. Prin urmare, eficiența energetică poate analiza căldura generată de baterie în timpul procesului de lucru, iar apoi poate fi analizată relația dintre rezistența internă și căldură. Și se știe că eficiența energetică poate prezice energia rămasă a bateriei și poate gestiona utilizarea rațională a bateriei.

Deoarece puterea de intrare nu este adesea utilizată pentru a converti materialul activ într-o stare încărcată, dar o parte din acesta este consumată (de exemplu, apar reacții adverse ireversibile), astfel încât eficiența Coulomb este adesea mai mică de 100%. Dar în ceea ce privește bateriile litiu-ion actuale, eficiența Coulomb poate ajunge practic la 99.9% și mai mult.

Factorii de influență: descompunerea electroliților, pasivarea interfeței, modificările structurii, morfologiei și conductivității materialelor active ale electrodului vor reduce eficiența Coulomb.

În plus, merită menționat faptul că decăderea bateriei are un efect redus asupra eficienței Coulomb și are puțină legătură cu temperatura.

Densitatea curentului reflectă mărimea curentului care trece pe unitatea de suprafață. Pe măsură ce densitatea de curent crește, curentul trecut de stivă crește, eficiența tensiunii scade din cauza rezistenței interne, iar eficiența Coulomb scade din cauza polarizării concentrației și din alte motive. În cele din urmă duce la o reducere a eficienței energetice.

6. Performanță bună la temperatură ridicată

Bateriile cu litiu-ion au performanțe bune la temperatură ridicată, ceea ce înseamnă că miezul bateriei se află într-un mediu cu temperatură mai ridicată, iar materialele pozitive și negative ale bateriei, separatoarele și electrolitul pot menține, de asemenea, o bună stabilitate, pot funcționa normal la temperaturi ridicate și viata nu va fi accelerata. Temperatura ridicată nu este ușor să provoace accidente termice de fuga.

Temperatura bateriei litiu-ion arată starea termică a bateriei, iar esența acesteia este rezultatul generării de căldură și al transferului de căldură al bateriei litiu-ion. Studierea caracteristicilor termice ale bateriilor litiu-ion și a caracteristicilor lor de generare și transfer de căldură în diferite condiții ne poate face să realizăm calea importantă a reacțiilor chimice exoterme din interiorul bateriilor litiu-ion.

Comportamentele nesigure ale bateriilor litiu-ion, inclusiv supraîncărcarea și descărcarea excesivă a bateriei, încărcarea și descărcarea rapidă, scurtcircuitul, condițiile de abuz mecanic și șocul termic la temperatură ridicată, pot declanșa cu ușurință reacții secundare periculoase în interiorul bateriei și pot genera căldură, distrugând direct negativul și electrozi pozitivi Film de pasivare la suprafata.

Când temperatura celulei crește la 130 ° C, pelicula SEI de pe suprafața electrodului negativ se descompune, determinând ca electrodul de litiu carbon negativ cu activitate ridicată să fie expus la electrolit să sufere o reacție violentă de oxidare-reducere, iar căldura care face ca bateria să intre într-o stare de risc ridicat.

Când temperatura internă a bateriei crește peste 200 ° C, pelicula de pasivare de pe suprafața electrodului pozitiv descompune electrodul pozitiv pentru a genera oxigen și continuă să reacționeze violent cu electrolitul pentru a genera o cantitate mare de căldură și a forma o presiune internă ridicată. . Când temperatura bateriei depășește 240 ° C, aceasta este însoțită de o reacție exotermă violentă între electrodul negativ carbon litiu și liant.

Problema temperaturii bateriilor litiu-ion are un impact mare asupra siguranței bateriilor litiu-ion. Mediul de utilizare în sine are o anumită temperatură, iar temperatura bateriei litiu-ion va apărea și atunci când este utilizată. Important este că temperatura va avea un impact mai mare asupra reacției chimice din interiorul bateriei litiu-ion. Temperatura prea ridicată poate afecta chiar și durata de viață a bateriei litiu-ion și, în cazuri grave, va cauza probleme de siguranță pentru bateria litiu-ion.

7. Performanță bună la temperatură scăzută

Bateriile cu litiu-ion au performanțe bune la temperaturi scăzute, ceea ce înseamnă că, la temperaturi scăzute, ionii de litiu și materialele electrozilor din interiorul bateriei mențin încă o activitate ridicată, o capacitate reziduală mare, o degradare redusă a capacității de descărcare și o rată mare de încărcare admisă.

Pe măsură ce temperatura scade, capacitatea rămasă a bateriei litiu-ion scade într-o situație accelerată. Cu cât temperatura este mai mică, cu atât scade capacitatea mai rapidă. Încărcarea forțată la temperaturi scăzute este extrem de dăunătoare și este foarte ușor să provoace accidente termice de fuga. La temperaturi scăzute, activitatea ionilor de litiu și a materialelor active ale electrodului scade, iar viteza cu care ionii de litiu sunt introduși în materialul electrodului negativ este redusă sever. Când sursa de alimentare externă este încărcată la o putere care depășește puterea admisibilă a bateriei, o cantitate mare de ioni de litiu se acumulează în jurul electrodului negativ, iar ionii de litiu încorporați în electrod sunt prea târziu pentru a obține electroni și apoi se depun direct pe suprafața electrodului pentru a forma cristale elementare de litiu. Dendrita crește, pătrunde direct în diafragmă și străpunge electrodul pozitiv. Provoacă un scurtcircuit între electrozii pozitivi și negativi, care, la rândul său, duce la evadarea termică.

Pe lângă deteriorarea severă a capacității de descărcare, bateriile cu litiu-ion nu pot fi încărcate la temperaturi scăzute. În timpul încărcării la temperatură scăzută, intercalarea ionilor de litiu pe electrodul de grafit al bateriei și reacția de placare cu litiu coexistă și concurează între ele. În condiții de temperatură scăzută, difuzia ionilor de litiu în grafit este inhibată, iar conductivitatea electrolitului scade, ceea ce duce la o scădere a ratei de intercalare și face ca reacția de placare cu litiu să apară mai probabil pe suprafața grafitului. Principalele motive pentru scăderea duratei de viață a bateriilor litiu-ion atunci când sunt utilizate la temperaturi scăzute sunt creșterea impedanței interne și degradarea capacității datorită precipitării ionilor de litiu.

8. Securitate bună

Siguranța bateriilor litiu-ion include nu numai stabilitatea materialelor interne, ci și eficacitatea măsurilor auxiliare de siguranță a bateriei. Siguranța materialelor interne se referă la materialele pozitive și negative, diafragma și electrolitul, care au o bună stabilitate termică, o bună compatibilitate între electrolit și materialul electrodului și o bună rezistență la flacără a electrolitului în sine. Măsurile auxiliare de siguranță se referă la designul supapei de siguranță a celulei, designul siguranței, proiectarea rezistenței sensibile la temperatură și sensibilitatea este adecvată. După ce o singură celulă eșuează, poate preveni răspândirea defecțiunii și poate servi scopului izolării.

9. Bună consistență

Prin „efectul de butoi” înțelegem importanța consistenței bateriei. Consecvența se referă la celulele bateriei utilizate în același pachet de baterii, capacitatea, tensiunea în circuit deschis, rezistența internă, autodescărcarea și alți parametri sunt extrem de mici, iar performanța este similară. Dacă consistența celulei bateriei cu propria sa performanță excelentă nu este bună, superioritatea sa este adesea netezită după formarea grupului. Studiile au arătat că capacitatea acumulatorului după grupare este determinată de celula cu capacitatea cea mai mică, iar durata de viață a bateriei este mai mică decât cea a celei mai scurte celule.