Каковы требования к качественным литий-ионным аккумуляторам? Вообще говоря, длительный срок службы, высокая плотность энергии и надежные характеристики безопасности являются предпосылками для измерения высококачественной литий-ионной батареи. Литий-ионные батареи в настоящее время используются во всех сферах повседневной жизни, но производитель или торговая марка отличаются. Есть некоторые различия в сроке службы и характеристиках безопасности литий-ионных батарей, которые тесно связаны со стандартами производственного процесса и производственными материалами; следующие условия должны быть условиями для получения качественного литий-ионного аккумулятора;

1. Длительный срок службы

Срок службы вторичной батареи включает два показателя: срок службы в цикле и календарный срок службы. Срок службы означает, что после того, как батарея испытала количество циклов, обещанное производителем, оставшаяся емкость все еще больше или равна 80%. Календарный срок службы означает, что оставшаяся емкость не должна быть менее 80% в течение срока, обещанного производителем, независимо от того, используется он или нет.

Срок службы – один из ключевых показателей мощности литиевых батарей. С одной стороны, большая операция по замене батареи действительно хлопотна, и пользовательский опыт оставляет желать лучшего; с другой стороны, по сути, жизнь – это вопрос стоимости.

Срок службы литий-ионного аккумулятора означает, что емкость аккумулятора снижается до номинальной емкости (при комнатной температуре 25 ° C, стандартном атмосферном давлении и 70% емкости аккумулятора, разряженной при 0.2 ° C) после периода использования. , а жизнь можно считать концом жизни. В промышленности срок службы обычно рассчитывается по количеству циклов полностью заряженных и разряженных литий-ионных батарей. В процессе использования внутри литий-ионного аккумулятора происходит необратимая электрохимическая реакция, которая приводит к снижению емкости, например, к разложению электролита, дезактивации активных материалов и разрушению структур положительного и отрицательного электродов. приводят к уменьшению количества интеркаляции и деинтеркаляции ионов лития. Ждать. Эксперименты показывают, что более высокая скорость разряда приводит к более быстрому ослаблению емкости. Если ток разряда низкий, напряжение батареи будет близко к равновесному напряжению, что может высвободить больше энергии.

Теоретический срок службы тройной литий-ионной батареи составляет около 800 циклов, что является средним показателем среди коммерческих перезаряжаемых литий-ионных батарей. Фосфат лития-железа составляет около 2,000 циклов, в то время как титанат лития, как говорят, может достичь 10,000 циклов. В настоящее время основные производители аккумуляторов обещают более 500 раз (зарядка и разрядка при стандартных условиях) в спецификациях своих тройных аккумуляторных элементов. Однако после того, как батареи собраны в батарейный блок, из-за проблем с согласованностью наиболее важными факторами являются напряжение и внутреннее сопротивление. Сопротивление не может быть точно таким же, и его срок службы составляет около 400 раз. Рекомендуемое окно использования SOC составляет 10% ~ 90%. Не рекомендуется проводить глубокую зарядку и разрядку, иначе это приведет к необратимому повреждению положительной и отрицательной структуры аккумулятора. Если рассчитать по мелкой зарядке и неглубокой разрядке, срок службы будет не менее 1000 раз. Кроме того, если литий-ионные аккумуляторы часто разряжаются в условиях высоких скоростей и высоких температур, срок службы аккумуляторов резко сократится до менее чем 200 раз.

2. Меньше обслуживания, более низкая стоимость использования

Сама батарея имеет низкую цену за киловатт-час, что является наиболее понятной стоимостью. В дополнение к вышесказанному, для пользователей, действительно ли низкая стоимость зависит от «стоимости электроэнергии за полный жизненный цикл».

«Стоимость электроэнергии за полный жизненный цикл»: общая мощность силовой литиевой батареи умножается на количество циклов, чтобы получить общее количество энергии, которое можно использовать в течение полного жизненного цикла батареи, и общую стоимость Аккумуляторная батарея делится на эту сумму, чтобы получить цену за киловатт электроэнергии за полный жизненный цикл.

Цена батареи, о которой мы обычно говорим, например 1,500 юаней / кВтч, основана только на общей энергии нового элемента батареи. Фактически, стоимость электроэнергии на единицу жизни является прямой выгодой для конечного потребителя. Наиболее интуитивно понятный результат заключается в том, что если вы купите два аккумуляторных блока с одинаковой мощностью по той же цене, срок службы одного истечет после 50 раз зарядки и разрядки, а другой можно будет повторно использовать после 100 раз зарядки и разрядки. Эти два аккумуляторных блока можно увидеть сразу, что дешевле.

Проще говоря, он долговечен, долговечен и снижает затраты.

В дополнение к двум указанным выше расходам следует также учитывать стоимость обслуживания батареи. Просто рассмотрите начальную стоимость, выберите проблемную ячейку, последующие затраты на обслуживание и трудозатраты слишком высоки. Что касается обслуживания самого элемента батареи, важно обратиться к ручной балансировке. Встроенная функция выравнивания BMS ограничена величиной ее собственного расчетного тока выравнивания и может не обеспечить идеального баланса между ячейками. Со временем возникнет проблема чрезмерного перепада давления в аккумуляторной батарее. В таких ситуациях необходимо выполнить выравнивание вручную, а элементы батареи со слишком низким напряжением заряжаются отдельно. Чем ниже частота возникновения такой ситуации, тем ниже стоимость обслуживания.

3. Высокая плотность энергии / высокая удельная мощность

Плотность энергии относится к энергии, содержащейся в единице веса или единице объема; электрическая энергия, выделяемая средней единицей объема или массы батареи. Как правило, в том же объеме плотность энергии литий-ионных аккумуляторов в 2.5 раза больше, чем у никель-кадмиевых аккумуляторов, и в 1.8 раза больше, чем у никель-водородных аккумуляторов. Следовательно, при одинаковой емкости литий-ионные батареи будут лучше, чем никель-кадмиевые и никель-водородные батареи. Меньший размер и меньший вес.

Плотность энергии батареи = емкость батареи × платформа разряда / толщина батареи / ширина батареи / длина батареи.

Плотность мощности относится к значению максимальной мощности разряда на единицу веса или объема. В ограниченном пространстве дорожных транспортных средств только за счет увеличения плотности можно эффективно улучшить общую энергию и общую мощность. Кроме того, текущие государственные субсидии используют плотность энергии и удельную мощность в качестве порогового значения для измерения уровня субсидий, что еще больше усиливает важность плотности.

Однако между плотностью энергии и безопасностью существует определенное противоречие. По мере увеличения плотности энергии безопасность всегда будет сталкиваться с новыми и более сложными проблемами.

4. Высокое напряжение

Поскольку в качестве анодных материалов в основном используются графитовые электроды, напряжение литий-ионных батарей в основном определяется характеристиками материалов катодных материалов. Верхний предел напряжения фосфата лития-железа составляет 3.6 В, а максимальное напряжение тройных литиевых и литий-манганатных батарей составляет около 4.2 В (следующая часть объяснит, почему максимальное напряжение литий-ионного аккумулятора не может превышать 4.2 В. ). Разработка высоковольтных батарей – это технический путь для литий-ионных батарей для увеличения плотности энергии. Для увеличения выходного напряжения ячейки требуются материал положительного электрода с высоким потенциалом, материал отрицательного электрода с низким потенциалом и электролит со стабильным высоким напряжением.

5. Высокая энергоэффективность

Кулоновская эффективность, также называемая эффективностью зарядки, относится к соотношению разрядной емкости аккумулятора к зарядной емкости в течение одного и того же цикла. То есть процент разрядки определенной емкости для зарядки определенной емкости.

Для материала положительного электрода это вводимая емкость лития / емкость делития, то есть разрядная емкость / зарядная емкость; для материала отрицательного электрода это емкость по удалению лития / емкость по введению лития, то есть разрядная емкость / зарядная емкость.

В процессе зарядки электрическая энергия преобразуется в химическую энергию, а в процессе разряда химическая энергия преобразуется в электрическую. Существует определенная эффективность ввода и вывода электроэнергии во время двух процессов преобразования, и эта эффективность напрямую отражает характеристики батареи.

С точки зрения профессиональной физики кулоновская эффективность и энергоэффективность разные. Один – это соотношение электричества, а другой – работа.

Энергоэффективность аккумуляторной батареи и кулоновская эффективность, но, исходя из математического выражения, между ними существует зависимость по напряжению. Среднее напряжение заряда и разряда не равно, среднее напряжение разряда обычно меньше среднего напряжения заряда

О производительности батареи можно судить по ее энергоэффективности. Из-за сохранения энергии потерянная электрическая энергия в основном преобразуется в тепловую. Следовательно, энергоэффективность может анализировать тепло, выделяемое батареей во время рабочего процесса, а затем может быть проанализирована взаимосвязь между внутренним сопротивлением и теплом. И известно, что энергоэффективность позволяет прогнозировать оставшуюся энергию батареи и управлять ее рациональным использованием.

Поскольку входная мощность часто не используется для преобразования активного материала в заряженное состояние, но часть ее потребляется (например, происходят необратимые побочные реакции), поэтому кулоновский КПД часто составляет менее 100%. Но что касается современных литий-ионных аккумуляторов, кулоновский КПД может достигать 99.9% и выше.

Факторы влияния: разложение электролита, пассивация границы раздела, изменения в структуре, морфологии и проводимости активных материалов электродов снизят кулоновский КПД.

Кроме того, стоит упомянуть, что разрушение батареи мало влияет на кулоновскую эффективность и мало связано с температурой.

Плотность тока отражает величину тока, проходящего на единицу площади. По мере увеличения плотности тока ток, проходящий через батарею, увеличивается, эффективность напряжения уменьшается из-за внутреннего сопротивления, а кулоновская эффективность уменьшается из-за поляризации концентрации и других причин. В конечном итоге приведет к снижению энергоэффективности.

6. Хорошие характеристики при высоких температурах.

Литий-ионные батареи обладают хорошими высокотемпературными характеристиками, что означает, что ядро ​​батареи находится в более высокой температуре окружающей среды, а положительные и отрицательные материалы батареи, сепараторы и электролит также могут сохранять хорошую стабильность, могут нормально работать при высоких температурах, а жизнь не ускорится. Нелегко вызвать аварии из-за теплового разгона из-за высокой температуры.

Температура литий-ионного аккумулятора показывает тепловое состояние аккумулятора, и суть этого явления является результатом тепловыделения и теплопередачи литий-ионного аккумулятора. Изучение тепловых характеристик литий-ионных аккумуляторов, их тепловыделения и теплопередачи в различных условиях может помочь нам понять важный путь экзотермических химических реакций внутри литий-ионных аккумуляторов.

Небезопасное поведение литий-ионных аккумуляторов, включая перезаряд и чрезмерный разряд аккумуляторов, быструю зарядку и разрядку, короткое замыкание, условия механического повреждения и термический удар при высокой температуре, может легко вызвать опасные побочные реакции внутри аккумулятора и генерировать тепло, напрямую разрушая отрицательные и отрицательные элементы. положительные электроды Пассивирующая пленка на поверхности.

Когда температура элемента повышается до 130 ° C, пленка SEI на поверхности отрицательного электрода разлагается, в результате чего высокоактивный литиево-углеродный отрицательный электрод подвергается воздействию электролита, что приводит к бурной окислительно-восстановительной реакции и выделению тепла, приводит к тому, что аккумулятор переходит в состояние повышенного риска.

Когда внутренняя температура батареи поднимается выше 200 ° C, пассивирующая пленка на поверхности положительного электрода разлагает положительный электрод с образованием кислорода и продолжает бурно реагировать с электролитом, выделяя большое количество тепла и создавая высокое внутреннее давление. . Когда температура батареи достигает более 240 ° C, это сопровождается бурной экзотермической реакцией между литиево-углеродным отрицательным электродом и связующим.

Температурная проблема литий-ионных аккумуляторов оказывает большое влияние на безопасность литий-ионных аккумуляторов. Сама среда использования имеет определенную температуру, и температура ионно-литиевого аккумулятора также будет отображаться, когда он используется. Важно то, что температура будет больше влиять на химическую реакцию внутри литий-ионного аккумулятора. Слишком высокая температура может даже снизить срок службы литий-ионной батареи, а в тяжелых случаях может вызвать проблемы с безопасностью литий-ионной батареи.

7. Хорошие низкотемпературные характеристики.

Литий-ионные аккумуляторы обладают хорошими низкотемпературными характеристиками, что означает, что при низких температурах ионы лития и электродные материалы внутри аккумулятора по-прежнему сохраняют высокую активность, высокую остаточную емкость, сниженную деградацию разрядной емкости и высокую допустимую скорость зарядки.

При понижении температуры оставшаяся емкость литий-ионного аккумулятора ускоряется. Чем ниже температура, тем быстрее снижается емкость. Принудительная зарядка при низких температурах чрезвычайно вредна, и очень легко вызвать аварии из-за теплового разгона. При низких температурах активность ионов лития и активных материалов электродов снижается, и скорость, с которой ионы лития вводятся в материал отрицательного электрода, сильно снижается. Когда внешний источник питания заряжается с мощностью, превышающей допустимую мощность батареи, большое количество ионов лития накапливается вокруг отрицательного электрода, и ионы лития, встроенные в электрод, слишком поздно для получения электронов, а затем непосредственно осаждаются на электроде. поверхность электрода с образованием кристаллов элементарного лития. Дендрит растет, проникает прямо через диафрагму и протыкает положительный электрод. Вызывает короткое замыкание между положительным и отрицательным электродами, что, в свою очередь, приводит к тепловому разгоне.

Помимо значительного ухудшения разрядной емкости, литий-ионные аккумуляторы нельзя заряжать при низких температурах. Во время низкотемпературной зарядки интеркаляция ионов лития на графитовом электроде батареи и реакция литиевого покрытия сосуществуют и конкурируют друг с другом. В условиях низких температур диффузия ионов лития в графите ингибируется, а проводимость электролита снижается, что приводит к снижению скорости интеркаляции и повышает вероятность протекания реакции литиевого покрытия на поверхности графита. Основными причинами уменьшения срока службы литий-ионных аккумуляторов при использовании при низких температурах являются увеличение внутреннего импеданса и снижение емкости из-за осаждения ионов лития.

8. Хорошая безопасность

Безопасность литий-ионных аккумуляторов включает не только стабильность внутренних материалов, но и эффективность дополнительных мер безопасности. Безопасность внутренних материалов относится к положительным и отрицательным материалам, диафрагме и электролиту, которые обладают хорошей термической стабильностью, хорошей совместимостью между электролитом и материалом электрода и хорошей огнестойкостью самого электролита. Вспомогательные меры безопасности относятся к конструкции предохранительного клапана ячейки, конструкции предохранителя, конструкции термочувствительного сопротивления и соответствующей чувствительности. После выхода из строя одной ячейки это может предотвратить распространение неисправности и служить целям изоляции.

9. Хорошая последовательность

Благодаря «эффекту ствола» мы понимаем важность стабильной работы аккумулятора. Согласованность относится к элементам батареи, используемым в одном и том же аккумуляторном блоке, емкость, напряжение холостого хода, внутреннее сопротивление, саморазряд и другие параметры чрезвычайно малы, а производительность аналогична. Если стабильность аккумуляторного элемента с его собственными превосходными характеристиками не является хорошей, его превосходство часто сглаживается после формирования группы. Исследования показали, что емкость аккумуляторной батареи после группировки определяется ячейкой наименьшей емкости, а срок службы аккумуляторной батареи меньше, чем срок службы самой короткой ячейки.