Kakšne so zahteve za visokokakovostne litij-ionske baterije? Na splošno so dolga življenjska doba, visoka gostota energije in zanesljive varnostne lastnosti predpogoji za merjenje visokokakovostne litij-ionske baterije. Litij-ionske baterije se trenutno uporabljajo v vseh vidikih vsakdanjega življenja, vendar je proizvajalec ali blagovna znamka drugačna. Obstaja nekaj razlik v življenjski dobi in varnosti litij-ionskih baterij, ki so tesno povezane s standardi proizvodnega procesa in proizvodnimi materiali; naslednji pogoji morajo biti pogoji za visokokakovostni litij-ionski;

1. Dolga življenjska doba

Življenjska doba sekundarne baterije vključuje dva indikatorja: življenjsko dobo cikla in koledarsko življenjsko dobo. Življenjska doba cikla pomeni, da je preostala zmogljivost po tem, ko baterija doživi število ciklov, ki jih je obljubil proizvajalec, še vedno večja ali enaka 80%. Koledarska življenjska doba pomeni, da preostala zmogljivost ne sme biti manjša od 80 % v časovnem obdobju, ki ga je obljubil proizvajalec, ne glede na to, ali se uporablja ali ne.

Življenjska doba je eden ključnih kazalcev moči litijevih baterij. Po eni strani je velika akcija zamenjave baterije res moteča in uporabniška izkušnja ni dobra; po drugi strani pa je življenje v osnovi vprašanje stroškov.

Življenjska doba litij-ionske baterije pomeni, da se zmogljivost baterije po obdobju uporabe zmanjša na nazivno zmogljivost (pri sobni temperaturi 25 ° C, standardni atmosferski tlak in 70% zmogljivosti baterije, ki se izprazni pri 0.2 ° C). , življenje pa lahko štejemo za konec življenja. V industriji se življenjska doba na splošno izračuna s številom ciklov popolnoma napolnjenih in izpraznjenih litij-ionskih baterij. V procesu uporabe se v litij-ionski bateriji pojavi nepovratna elektrokemična reakcija, ki vodi do zmanjšanja kapacitete, kot je razgradnja elektrolita, deaktiviranje aktivnih materialov in propad pozitivne in negativne elektrodne strukture vodi do zmanjšanja števila interkalacije in deinterkalacije litijevih ionov. Počakaj. Poskusi kažejo, da bo višja stopnja praznjenja povzročila hitrejše slabljenje zmogljivosti. Če je tok praznjenja nizek, bo napetost akumulatorja blizu ravnotežne napetosti, kar lahko sprosti več energije.

Teoretična življenjska doba trojne litij-ionske baterije je približno 800 ciklov, kar je srednje med komercialnimi litij-ionskimi baterijami za ponovno polnjenje. Litijev železov fosfat je približno 2,000 ciklov, litijev titanat pa naj bi dosegel 10,000 ciklov. Trenutno glavni proizvajalci baterij obljubljajo več kot 500 -krat (polnjenje in praznjenje v standardnih pogojih) v specifikacijah svojih trojnih baterijskih celic. Ko pa so baterije sestavljene v baterijski paket, sta zaradi težav z doslednostjo najpomembnejša dejavnika napetost in notranji upor. Ne moreta biti popolnoma enaka, njegova življenjska doba pa je približno 400 -krat. Priporočeno obdobje uporabe SOC je 10%~ 90%. Globinsko polnjenje in praznjenje ni priporočljivo, sicer bo povzročilo nepopravljivo škodo na pozitivni in negativni strukturi baterije. Če se izračuna s plitkim nabojem in plitkim praznjenjem, bo življenjska doba cikla vsaj 1000 -krat. Poleg tega, če se litij-ionske baterije pogosto praznijo v okoljih z visoko hitrostjo in visoko temperaturo, se bo življenjska doba baterije drastično zmanjšala na manj kot 200-krat.

2. Manj vzdrževanja, nižji stroški uporabe

Baterija sama ima nizko ceno na kilovatno uro, kar je najbolj intuitiven strošek. Poleg zgoraj omenjenega je za uporabnike, ali so stroški res nizki, odvisno od “stroškov celotne življenjske dobe električne energije”.

»Stroški celotne življenjske dobe električne energije« se skupna moč napajalne litijeve baterije pomnoži s številom ciklov, da dobimo skupno količino energije, ki jo je mogoče uporabiti v celotnem življenjskem ciklu baterije, in skupno ceno baterije baterijski paket se deli s to vsoto, da dobimo ceno na kilovat električne energije v celotnem življenjskem ciklu.

Cena baterije, o kateri običajno govorimo, na primer 1,500 juanov/kWh, temelji samo na skupni energiji nove baterijske celice. Dejansko so stroški električne energije na enoto življenja neposredna korist končnega odjemalca. Najbolj intuitiven rezultat je, da če kupite dva akumulatorja z enako močjo po isti ceni, bo en po 50 -kratnem polnjenju in praznjenju dosegel konec življenjske dobe, drugega pa lahko uporabite po 100 -kratnem polnjenju in praznjenju. Ta dva akumulatorja je mogoče videti na prvi pogled, ki je cenejši.

Odkrito povedano, je dolga življenjska doba, trpežna in zmanjšuje stroške.

Poleg zgornjih dveh stroškov je treba upoštevati tudi stroške vzdrževanja baterije. Preprosto upoštevajte začetne stroške, izberite problemsko celico, kasnejši stroški vzdrževanja in stroški dela so previsoki. V zvezi z vzdrževanjem same baterijske celice je pomembno upoštevati ročno uravnoteženje. Vgrajena izenačevalna funkcija BMS je omejena z velikostjo lastnega oblikovalskega izravnalnega toka in morda ne bo mogla doseči idealnega ravnovesja med celicami. Ko se čas kopiči, se bo pojavil problem prevelike razlike tlaka v akumulatorju. V takih situacijah je treba izvesti ročno izravnavo, baterije s prenizko napetostjo pa se polnijo ločeno. Manjša kot je pogostost te situacije, nižji so stroški vzdrževanja.

3. Visoka gostota energije/visoka gostota moči

Energetska gostota se nanaša na energijo, ki jo vsebuje enota teže ali enote prostornine; električna energija, ki jo sprošča povprečna enota prostornine ali mase baterije. Na splošno je v isti prostornini energijska gostota litij-ionskih baterij 2.5-krat večja od nikelj-kadmijevih baterij in 1.8-krat večja od nikelj-vodikove baterije. Zato, ko je zmogljivost baterije enaka, bodo litij-ionske baterije boljše od nikelj-kadmijevih in nikelj-vodikovih baterij. Manjša velikost in manjša teža.

Gostota energije baterije = zmogljivost baterije × izpraznjena platforma/debelina baterije/širina baterije/dolžina baterije.

Gostota moči se nanaša na vrednost največje moči praznjenja na enoto teže ali prostornine. V omejenem prostoru cestnih vozil je mogoče učinkovito izboljšati skupno energijo in skupno moč le s povečanjem gostote. Poleg tega sedanje državne subvencije uporabljajo gostoto energije in gostoto moči kot prag za merjenje ravni subvencij, kar dodatno krepi pomen gostote.

Vendar pa obstaja gosto protislovje med gostoto energije in varnostjo. Ker se gostota energije povečuje, se bo varnost vedno soočila z novimi in težjimi izzivi.

4. Visoka napetost

Ker se grafitne elektrode v osnovi uporabljajo kot anodni materiali, je napetost litij-ionskih baterij predvsem odvisna od lastnosti materiala katodnih materialov. Zgornja meja napetosti litijevega železovega fosfata je 3.6 V, največja napetost ternarnih litijevih in litij-manganatnih baterij pa je približno 4.2 V (naslednji del bo razložil, zakaj največja napetost Li-ion baterije ne more preseči 4.2 V ). Razvoj visokonapetostnih baterij je tehnična pot za litij-ionske baterije za povečanje gostote energije. Za povečanje izhodne napetosti celice so potrebni material pozitivne elektrode z visokim potencialom, material negativne elektrode z nizkim potencialom in elektrolit s stabilno visoko napetostjo.

5. Visoka energetska učinkovitost

Coulombova učinkovitost, imenovana tudi učinkovitost polnjenja, se nanaša na razmerje med zmogljivostjo praznjenja baterije in zmogljivostjo polnjenja v istem ciklu. To pomeni odstotek specifične zmogljivosti praznjenja za polnjenje posebne zmogljivosti.

Za material pozitivne elektrode je to zmogljivost vstavljanja litija/zmogljivost delitija, to je zmogljivost praznjenja/zmogljivost polnjenja; za material negativne elektrode je to zmogljivost odstranjevanja litija/zmogljivost vstavljanja litija, to je zmogljivost praznjenja/zmogljivost polnjenja.

Med postopkom polnjenja se električna energija pretvori v kemično energijo, med postopkom praznjenja pa se kemična energija pretvori v električno energijo. Obstaja določena učinkovitost pri vhodu in izhodu električne energije med dvema procesoma pretvorbe in ta učinkovitost neposredno odraža zmogljivost baterije.

Z vidika poklicne fizike sta Coulombova učinkovitost in energetska učinkovitost različna. Eno je razmerje med elektriko, drugo pa razmerje med delom.

Energetska učinkovitost akumulatorja in Coulombova učinkovitost, vendar iz matematičnega izraza obstaja napetostno razmerje med njima. Povprečna napetost polnjenja in praznjenja ni enaka, povprečna napetost praznjenja je na splošno manjša od povprečne napetosti polnjenja

Učinkovitost baterije lahko ocenimo po energijski učinkovitosti baterije. Zaradi varčevanja z energijo se izgubljena električna energija večinoma pretvori v toplotno energijo. Zato lahko z energetsko učinkovitostjo analiziramo toploto, ki jo akumulator proizvede med delovnim procesom, nato pa lahko analiziramo razmerje med notranjim uporom in toploto. Znano je, da lahko energetska učinkovitost napoveduje preostalo energijo baterije in upravlja racionalno uporabo baterije.

Ker se vhodna moč pogosto ne uporablja za pretvorbo aktivnega materiala v nabito stanje, ampak se del porabi (na primer pride do nepopravljivih stranskih reakcij), zato je Coulombova učinkovitost pogosto manjša od 100%. Kar zadeva trenutne litij-ionske baterije, lahko Coulombova učinkovitost v bistvu doseže 99.9% in več.

Vplivni dejavniki: razgradnja elektrolitov, pasivacija vmesnika, spremembe v strukturi, morfologiji in prevodnosti aktivnih materialov elektrod bodo zmanjšali Coulombovo učinkovitost.

Poleg tega velja omeniti, da razpad baterije ne vpliva na Coulombovo učinkovitost in ima malo opravka s temperaturo.

Gostota toka odraža velikost toka, ki teče na enoto površine. Ko se gostota toka povečuje, se tok, ki poteka skozi sklad, poveča, učinkovitost napetosti se zmanjša zaradi notranjega upora, Coulombova učinkovitost pa se zmanjša zaradi koncentracijske polarizacije in drugih razlogov. Sčasoma privede do zmanjšanja energetske učinkovitosti.

6. Dobra visokotemperaturna zmogljivost

Litij-ionske baterije imajo dobre zmogljivosti pri visokih temperaturah, kar pomeni, da je jedro baterije v okolju z višjo temperaturo, pozitivni in negativni materiali baterije, ločevalniki in elektrolit pa lahko ohranijo tudi dobro stabilnost, lahko normalno delujejo pri visokih temperaturah in življenje se ne bo pospešilo. Visoka temperatura ni lahko povzročiti toplotnih nesreč.

Temperatura litij-ionske baterije kaže toplotno stanje baterije, njeno bistvo pa je posledica nastajanja toplote in prenosa toplote litij-ionske baterije. S preučevanjem toplotnih lastnosti litij-ionskih baterij ter njihovega ustvarjanja toplote in lastnosti prenosa toplote pod različnimi pogoji lahko spoznamo pomemben način eksotermnih kemičnih reakcij v litij-ionskih baterijah.

Nevarno vedenje litij-ionskih baterij, vključno s prekomernim polnjenjem in praznjenjem baterije, hitrim polnjenjem in praznjenjem, kratkim stikom, pogoji mehanske zlorabe in visokotemperaturnim toplotnim šokom, lahko zlahka sproži nevarne stranske reakcije v bateriji in ustvari toploto, kar neposredno uniči negativne in pozitivne elektrode Pasivacijski film na površini.

Ko se temperatura celice dvigne na 130 °C, se film SEI na površini negativne elektrode razgradi, zaradi česar je negativna elektroda z visoko aktivnim litijevim ogljikom izpostavljena elektrolitu, da se podvrže siloviti oksidacijsko-redukcijski reakciji in toploti, ki zaradi česar je baterija v stanju visokega tveganja.

Ko se notranja temperatura baterije dvigne nad 200 ° C, pasivizacijski film na površini pozitivne elektrode razgradi pozitivno elektrodo, da ustvari kisik, in še naprej burno reagira z elektrolitom, da ustvari veliko količino toplote in tvori visok notranji tlak . Ko temperatura baterije doseže nad 240°C, jo spremlja burna eksotermna reakcija med negativno elektrodo iz litijevega ogljika in vezivom.

Temperaturni problem litij-ionskih baterij ima velik vpliv na varnost litij-ionskih baterij. Samo okolje uporabe ima določeno temperaturo, pri uporabi pa se bo pojavila tudi temperatura litij -ionske baterije. Pomembno je, da bo temperatura imela večji vpliv na kemijsko reakcijo v litij-ionski bateriji. Previsoka temperatura lahko celo poškoduje življenjsko dobo litij-ionske baterije, v hujših primerih pa bo povzročila varnostne težave litij-ionske baterije.

7. Dobra učinkovitost pri nizkih temperaturah

Litij-ionske baterije imajo dobro delovanje pri nizkih temperaturah, kar pomeni, da pri nizkih temperaturah litijevi ioni in materiali elektrod v bateriji še vedno ohranjajo visoko aktivnost, visoko preostalo kapaciteto, zmanjšano degradacijo zmogljivosti praznjenja in veliko dovoljeno hitrost polnjenja.

Ko temperatura pade, se preostala zmogljivost litij-ionske baterije poslabša. Nižja kot je temperatura, hitrejši je upad zmogljivosti. Prisilno polnjenje pri nizkih temperaturah je izjemno škodljivo in zelo enostavno je povzročiti termične nesreče. Pri nizkih temperaturah se aktivnost litijevih ionov in aktivnih materialov elektrod zmanjša, hitrost vnosa litijevih ionov v material negativne elektrode pa se močno zmanjša. Ko se zunanji napajalnik polni z močjo, ki presega dovoljeno moč baterije, se okoli negativne elektrode nabere velika količina litijevih ionov in litijevi ioni, vgrajeni v elektrodo, so prepozni, da bi dobili elektrone in se nato neposredno odložili na površine elektrode, da tvorijo litijeve elementarne kristale. Dendrit raste, prodre neposredno v diafragmo in prebije pozitivno elektrodo. Povzroči kratek stik med pozitivno in negativno elektrodo, kar posledično vodi do toplotnega odmika.

Poleg močnega poslabšanja zmogljivosti praznjenja litij-ionskih baterij ni mogoče polniti pri nizkih temperaturah. Med nizkotemperaturnim polnjenjem interkalacija litijevih ionov na grafitni elektrodi baterije in reakcija litijevega prevleka sobivajo in med seboj tekmujejo. V nizkih temperaturnih pogojih je difuzija litijevih ionov v grafit inhibirana in prevodnost elektrolita se zmanjša, kar vodi do zmanjšanja stopnje interkalacije in poveča verjetnost, da se reakcija litijeve prevleke pojavi na površini grafita. Glavni razlogi za zmanjšanje življenjske dobe litij-ionskih baterij pri uporabi pri nizkih temperaturah so povečanje notranje impedance in poslabšanje zmogljivosti zaradi obarjanja litijevih ionov.

8. Dobra varnost

Varnost litij-ionskih baterij ne vključuje le stabilnosti notranjih materialov, temveč tudi učinkovitost varnostnih pomožnih ukrepov. Varnost notranjih materialov se nanaša na pozitivne in negativne materiale, membrano in elektrolit, ki imajo dobro toplotno stabilnost, dobro združljivost med elektrolitom in materialom elektrode ter dobro zaviranje gorenja samega elektrolita. Varnostni pomožni ukrepi se nanašajo na zasnovo varnostnega ventila celice, zasnovo varovalke, temperaturno občutljivo zasnovo upora in ustrezno občutljivost. Ko ena celica odpove, lahko prepreči širjenje napake in služi namenu izolacije.

9. Dobra konsistenca

Skozi “sodni učinek” razumemo pomen doslednosti baterije. Skladnost se nanaša na baterijske celice, ki se uporabljajo v istem akumulatorju, zmogljivost, napetost odprtega tokokroga, notranji upor, samopraznjenje in drugi parametri so izjemno majhni, zmogljivost pa je podobna. Če skladnost baterijske celice z lastno odlično zmogljivostjo ni dobra, se njena premoč po oblikovanju skupine pogosto zgladi. Študije so pokazale, da je zmogljivost baterijskega paketa po razvrščanju določena z najmanjšo kapaciteto celice, življenjska doba baterijskega paketa pa je manjša od življenjske dobe najkrajše celice.