Cilat janë kërkesat për bateri litium-jon të cilësisë së lartë? Në përgjithësi, jeta e gjatë, dendësia e lartë e energjisë dhe performanca e besueshme e sigurisë janë parakushtet për matjen e një baterie litium-jon me cilësi të lartë. Bateritë litium-jon aktualisht përdoren në të gjitha aspektet e jetës së përditshme, por prodhuesi ose marka është e ndryshme. Ekzistojnë disa dallime në jetën e shërbimit dhe sigurinë e baterive litium-jon, të cilat janë të lidhura ngushtë me standardet e procesit të prodhimit dhe materialet e prodhimit; kushtet e mëposhtme duhet të jenë kushtet për litium-jon me cilësi të lartë;

1. Jetë e gjatë e shërbimit

Jetëgjatësia e baterisë dytësore përfshin dy tregues: jetëgjatësinë e ciklit dhe jetën kalendarike. Jetëgjatësia e ciklit nënkupton që pasi bateria të ketë përjetuar numrin e cikleve të premtuara nga prodhuesi, kapaciteti i mbetur është akoma më i madh ose i barabartë me 80%. Jeta e kalendarit nënkupton që kapaciteti i mbetur nuk duhet të jetë më pak se 80% brenda periudhës kohore të premtuar nga prodhuesi, pavarësisht nëse përdoret apo jo.

Jeta është një nga treguesit kryesorë të fuqisë së baterive litium. Nga njëra anë, veprimi i madh i zëvendësimit të baterisë është vërtet i mundimshëm dhe përvoja e përdoruesit nuk është e mirë; nga ana tjetër, në thelb, jeta është një çështje kostoje.

Jetëgjatësia e një baterie litium-jon do të thotë që kapaciteti i baterisë zvogëlohet në kapacitetin nominal (në temperaturën e dhomës prej 25°C, presionin standard atmosferik dhe 70% të kapacitetit të baterisë të shkarkuar në 0.2C) pas një periudhe përdorimi , dhe jeta mund të konsiderohet si fundi i jetës. Në industri, jeta e ciklit në përgjithësi llogaritet nga numri i cikleve të baterive litium-jon plotësisht të ngarkuara dhe të shkarkuara. Në procesin e përdorimit, një reaksion elektrokimik i pakthyeshëm ndodh brenda baterisë litium-jon, i cili çon në një ulje të kapacitetit, siç është dekompozimi i elektrolitit, çaktivizimi i materialeve aktive dhe shembja e strukturave pozitive dhe negative të elektrodave çojnë në një ulje të numrit të ndërlidhjes dhe deinterkalimit të joneve të litiumit. Prit. Eksperimentet tregojnë se një shkallë më e lartë e shkarkimit do të çojë në një zbutje më të shpejtë të kapacitetit. Nëse rryma e shkarkimit është e ulët, tensioni i baterisë do të jetë afër tensionit të ekuilibrit, i cili mund të lëshojë më shumë energji.

Jeta teorike e një baterie treshe litium-jon është rreth 800 cikle, e cila është e mesme në mesin e baterive komerciale të karikueshme litium-jon. Fosfati i hekurit të litiumit është rreth 2,000 cikle, ndërsa titanati i litiumit thuhet se mund të arrijë në 10,000 cikle. Aktualisht, prodhuesit e baterive të zakonshme premtojnë më shumë se 500 herë (ngarkimin dhe shkarkimin në kushte standarde) në specifikimet e qelizave të tyre treshe të baterive. Megjithatë, pasi bateritë janë mbledhur në një paketë baterie, për shkak të problemeve të konsistencës, faktorët më të rëndësishëm janë voltazhi dhe i brendshëm Rezistenca nuk mund të jetë saktësisht e njëjtë, dhe jeta e ciklit të saj është rreth 400 herë. Dritarja e rekomanduar e përdorimit të SOC është 10%~90%. Karikimi dhe shkarkimi i thellë nuk rekomandohet, përndryshe do të shkaktojë dëme të pakthyeshme në strukturën pozitive dhe negative të baterisë. Nëse llogaritet me ngarkesë të cekët dhe shkarkim të cekët, jeta e ciklit do të jetë së paku 1000 herë. Përveç kësaj, nëse bateritë litium-jon shkarkohen shpesh në mjedise me shpejtësi dhe temperaturë të lartë, jetëgjatësia e baterisë do të reduktohet në mënyrë drastike në më pak se 200 herë.

2. Më pak mirëmbajtje, kosto më e ulët përdorimi

Vetë bateria ka një çmim të ulët për kilovat-orë, që është kostoja më intuitive. Përveç sa më sipër, për përdoruesit, nëse kostoja është vërtet e ulët varet nga “kostoja e plotë e ciklit jetësor të energjisë elektrike”.

“Kostoja e plotë e ciklit jetësor të energjisë elektrike”, fuqia totale e baterisë së litiumit të fuqisë shumëzohet me numrin e cikleve për të marrë sasinë totale të fuqisë që mund të përdoret në ciklin e plotë të jetës së baterisë dhe çmimin total të paketa e baterive ndahet me këtë shumë për të marrë çmimin për kilovat energji elektrike në ciklin e plotë të jetës.

Çmimi i baterisë për të cilin zakonisht flasim, si p.sh. 1,500 juan/kWh, bazohet vetëm në energjinë totale të qelizës së re të baterisë. Në fakt, kostoja e energjisë elektrike për njësi jetë është përfitimi i drejtpërdrejtë i konsumatorit fundor. Rezultati më intuitiv është se nëse blini dy bateri me të njëjtën fuqi me të njëjtin çmim, njëra do të arrijë në fund të jetës pas 50 herë karikimi dhe shkarkimi, dhe tjetra mund të ripërdoret pas 100 herë karikimi dhe shkarkimi. Këto dy pako baterish mund të shihen me një shikim që është më e lirë.

Për ta thënë troç, është jetë e gjatë, e qëndrueshme dhe zvogëlon kostot.

Përveç dy kostove të mësipërme, duhet të merret parasysh edhe kostoja e mirëmbajtjes së baterisë. Thjesht merrni parasysh koston fillestare, zgjidhni qelizën problemore, kostoja e mëvonshme e mirëmbajtjes dhe kostoja e punës janë shumë të larta. Lidhur me mirëmbajtjen e qelizës së baterisë, është e rëndësishme t’i referoheni balancimit manual. Funksioni i barazimit i integruar i BMS është i kufizuar nga madhësia e rrymës së tij të barazimit të dizajnit dhe mund të mos jetë në gjendje të arrijë ekuilibrin ideal midis qelizave. Me akumulimin e kohës, do të shfaqet problemi i ndryshimit të presionit të tepërt në paketën e baterisë. Në situata të tilla, duhet të bëhet barazimi manual dhe qelizat e baterisë me tension shumë të ulët ngarkohen veçmas. Sa më e ulët të jetë frekuenca e kësaj situate, aq më e ulët është kostoja e mirëmbajtjes.

3. Dendësia e lartë e energjisë/dendësia e fuqisë së lartë

Dendësia e energjisë i referohet energjisë që përmban një njësi peshe ose njësi vëllimi; energjia elektrike e lëshuar nga vëllimi mesatar i njësisë ose masa e një baterie. Në përgjithësi, në të njëjtin vëllim, dendësia e energjisë e baterive litium-jon është 2.5 herë më e madhe se ajo e baterive nikel-kadmium dhe 1.8 herë ajo e baterive nikel-hidrogjen. Prandaj, kur kapaciteti i baterisë është i barabartë, bateritë litium-jon do të jenë më të mira se bateritë nikel-kadmium dhe nikel-hidrogjen. Madhësi më të vogël dhe peshë më të lehtë.

Dendësia e energjisë e baterisë = kapaciteti i baterisë platform platforma e shkarkimit/trashësia e baterisë/gjerësia e baterisë/gjatësia e baterisë.

Dendësia e fuqisë i referohet vlerës së fuqisë maksimale të shkarkimit për njësi peshë ose vëllim. Në hapësirën e kufizuar të mjeteve rrugore, vetëm duke rritur densitetin mund të përmirësohet në mënyrë efektive energjia e përgjithshme dhe fuqia e përgjithshme. Përveç kësaj, subvencionet aktuale të shtetit përdorin dendësinë e energjisë dhe densitetin e energjisë si prag për të matur nivelin e subvencioneve, gjë që forcon më tej rëndësinë e densitetit.

Sidoqoftë, ekziston një kontradiktë e caktuar midis densitetit të energjisë dhe sigurisë. Ndërsa dendësia e energjisë rritet, siguria gjithmonë do të përballet me sfida më të reja dhe më të vështira.

4. Tension i lartë

Meqenëse elektrodat e grafit përdoren kryesisht si materiale anode, voltazhi i baterive litium-jon përcaktohet kryesisht nga karakteristikat materiale të materialeve katodë. Kufiri i sipërm i tensionit të fosfatit të hekurit litium është 3.6V, dhe tensioni maksimal i baterive të treta të litiumit dhe manganit litium është rreth 4.2V (pjesa tjetër do të shpjegojë Pse tensioni maksimal i baterisë Li-jon nuk mund të kalojë 4.2V ) Zhvillimi i baterive të tensionit të lartë është një rrugë teknike për bateritë litium-jon për të rritur densitetin e energjisë. Për të rritur tensionin dalës të qelizës, kërkohet një material elektrodë pozitiv me një potencial të lartë, një material elektrodë negativ me një potencial të ulët dhe një elektrolit me një tension të lartë të qëndrueshëm.

5. Efikasitet i lartë i energjisë

Efikasiteti i Kulombit, i quajtur edhe efikasiteti i karikimit, i referohet raportit të kapacitetit të shkarkimit të baterisë me kapacitetin e karikimit gjatë të njëjtit cikël. Kjo do të thotë, përqindja e kapacitetit specifik të shkarkimit për të ngarkuar kapacitetin specifik.

Për materialin e elektrodës pozitive, është kapaciteti i futjes së litiumit/kapaciteti i delitit, domethënë kapaciteti i shkarkimit/kapaciteti i ngarkimit; për materialin elektrodë negativ, është kapaciteti i heqjes së litiumit/kapaciteti i futjes së litiumit, domethënë kapaciteti i shkarkimit/kapaciteti i ngarkimit.

Gjatë procesit të karikimit, energjia elektrike shndërrohet në energji kimike, dhe gjatë procesit të shkarkimit, energjia kimike shndërrohet në energji elektrike. Ekziston një efikasitet i caktuar në hyrjen dhe daljen e energjisë elektrike gjatë dy proceseve të konvertimit, dhe kjo efikasitet reflekton drejtpërdrejt performancën e baterisë.

Nga perspektiva e fizikës profesionale, efikasiteti i Coulomb dhe efikasiteti i energjisë janë të ndryshëm. Njëra është raporti i energjisë elektrike dhe tjetri është raporti i punës.

Efikasiteti i energjisë i baterisë së ruajtjes dhe efikasiteti i Kulombit, por nga shprehja matematikore, ekziston një marrëdhënie tensioni midis të dyjave. Tensioni mesatar i ngarkimit dhe shkarkimit nuk është i barabartë, tensioni mesatar i shkarkimit është përgjithësisht më i vogël se tensioni mesatar i ngarkimit

Performanca e baterisë mund të gjykohet nga efikasiteti energjetik i baterisë. Nga ruajtja e energjisë, energjia elektrike e humbur shndërrohet kryesisht në energji të nxehtësisë. Prandaj, efikasiteti i energjisë mund të analizojë nxehtësinë e prodhuar nga bateria gjatë procesit të punës, dhe pastaj marrëdhënia midis rezistencës së brendshme dhe nxehtësisë mund të analizohet. Dhe dihet që efikasiteti i energjisë mund të parashikojë energjinë e mbetur të baterisë dhe të menaxhojë përdorimin racional të baterisë.

Për shkak se fuqia hyrëse shpesh nuk përdoret për të kthyer materialin aktiv në një gjendje të ngarkuar, por një pjesë e tij konsumohet (për shembull, ndodhin reaksione anësore të pakthyeshme), kështu që efikasiteti i Coulomb është shpesh më pak se 100%. Por për sa i përket baterive aktuale të litium-jonit, efikasiteti i Kulombit në thelb mund të arrijë 99.9% e lart.

Faktorët ndikues: dekompozimi i elektrolitit, pasivimi i ndërfaqes, ndryshimet në strukturë, morfologji dhe përçueshmëri të materialeve aktive të elektrodës do të zvogëlojnë efikasitetin e Kulombit.

Përveç kësaj, vlen të përmendet se prishja e baterisë ka pak efekt në efikasitetin e Kulombit dhe ka pak të bëjë me temperaturën.

Dendësia e rrymës pasqyron madhësinë e rrymës që kalon për njësi sipërfaqe. Ndërsa dendësia e rrymës rritet, rryma e kaluar nga pirgu rritet, efikasiteti i tensionit zvogëlohet për shkak të rezistencës së brendshme, dhe efikasiteti i Coulomb zvogëlohet për shkak të polarizimit të përqendrimit dhe arsyeve të tjera. Përfundimisht të çojë në një ulje të efikasitetit të energjisë.

6. Performancë e mirë e temperaturës së lartë

Bateritë litium-jon kanë performancë të mirë të temperaturës së lartë, që do të thotë se bërthama e baterisë është në një mjedis me temperaturë më të lartë, dhe materialet pozitive dhe negative të baterisë, ndarësit dhe elektroliti gjithashtu mund të ruajnë stabilitet të mirë, mund të punojnë normalisht në temperatura të larta, dhe jeta nuk do të përshpejtohet. Temperatura e lartë nuk është e lehtë të shkaktojë aksidente termike.

Temperatura e baterisë litium-jon tregon gjendjen termike të baterisë, dhe thelbi i saj është rezultat i gjenerimit të nxehtësisë dhe transferimit të nxehtësisë së baterisë litium-jon. Studimi i karakteristikave termike të baterive litium-jon, dhe karakteristikat e gjenerimit të nxehtësisë dhe transferimit të nxehtësisë në kushte të ndryshme, mund të na bëjë të kuptojmë mënyrën e rëndësishme të reaksioneve kimike ekzotermike brenda baterive litium-jon.

Sjelljet e pasigurta të baterive litium-jon, duke përfshirë mbingarkimin dhe shkarkimin e tepërt të baterive, ngarkimin dhe shkarkimin e shpejtë, qarkun e shkurtër, kushtet e abuzimit mekanik dhe goditjen termike me temperaturë të lartë, mund të shkaktojnë lehtësisht reaksione anësore të rrezikshme brenda baterisë dhe të gjenerojnë nxehtësi, duke shkatërruar drejtpërdrejt negativin dhe elektroda pozitive Filmi i pasivizimit në sipërfaqe.

Kur temperatura e qelizës rritet në 130°C, filmi SEI në sipërfaqen e elektrodës negative dekompozohet, duke bërë që elektroda negative e karbonit të litiumit me aktivitet të lartë të ekspozohet ndaj elektrolitit për t’iu nënshtruar një reaksioni të dhunshëm oksidimi-reduktimi dhe nxehtësia që ndodh e bën baterinë të hyjë në një gjendje me rrezik të lartë.

Kur temperatura e brendshme e baterisë ngrihet mbi 200 ° C, filmi i pasivizimit në sipërfaqen e elektrodës pozitive dekompozon elektrodën pozitive për të gjeneruar oksigjen dhe vazhdon të reagojë dhunshëm me elektrolitin për të gjeneruar një sasi të madhe të nxehtësisë dhe për të formuar një presion të lartë të brendshëm. Me Kur temperatura e baterisë arrin mbi 240°C, ajo shoqërohet nga një reaksion ekzotermik i dhunshëm midis elektrodës negative të karbonit të litiumit dhe lidhësit.

Problemi i temperaturës së baterive litium-jon ka një ndikim të madh në sigurinë e baterive litium-jon. Vetë mjedisi i përdorimit ka një temperaturë të caktuar dhe temperatura e baterisë së joneve të litiumit do të shfaqet gjithashtu kur përdoret. E rëndësishme është që temperatura do të ketë një ndikim më të madh në reaksionin kimik brenda baterisë litium-jon. Temperatura shumë e lartë madje mund të dëmtojë jetëgjatësinë e baterisë së litium-jonit dhe në raste të rënda, kjo do të shkaktojë probleme sigurie për baterinë litium-jon.

7. Performancë e mirë e temperaturës së ulët

Bateritë litium-jon kanë performancë të mirë në temperaturë të ulët, që do të thotë se në temperatura të ulëta, jonet e litiumit dhe materialet e elektrodës brenda baterisë vazhdojnë të mbajnë aktivitet të lartë, kapacitet të lartë të mbetur, degradim të reduktuar të kapacitetit të shkarkimit dhe shkallë të madhe të lejueshme të karikimit.

Ndërsa temperatura bie, kapaciteti i mbetur i baterisë litium-jon prishet në një situatë të përshpejtuar. Sa më e ulët të jetë temperatura, aq më shpejt zvogëlohet kapaciteti. Ngarkimi i detyrueshëm në temperatura të ulëta është jashtëzakonisht i dëmshëm dhe është shumë e lehtë të shkaktosh aksidente termike të arratisjes. Në temperatura të ulëta, aktiviteti i joneve të litiumit dhe materialeve aktive të elektrodës zvogëlohet, dhe shpejtësia me të cilën jonet e litiumit futen në materialin e elektrodës negative zvogëlohet ndjeshëm. Kur furnizimi me energji të jashtme ngarkohet me një fuqi që tejkalon fuqinë e lejuar të baterisë, një sasi e madhe e joneve të litiumit grumbullohet rreth elektrodës negative, dhe jonet e litiumit të ngulitur në elektrodë janë tepër vonë për të marrë elektrone dhe pastaj depozitohen drejtpërdrejt në sipërfaqja e elektrodës për të formuar kristale elementare të litiumit. Dendriti rritet, depërton drejtpërdrejt në diafragmë dhe shpon elektrodën pozitive. Shkakton një qark të shkurtër midis elektrodave pozitive dhe negative, i cili nga ana tjetër çon në arratisje termike.

Përveç përkeqësimit të rëndë të kapacitetit të shkarkimit, bateritë litium-jon nuk mund të karikohen në temperatura të ulëta. Gjatë karikimit në temperaturë të ulët, ndërthurja e joneve të litiumit në elektrodën e grafitit të baterisë dhe reaksioni i veshjes së litiumit bashkëjetojnë dhe konkurrojnë me njëri-tjetrin. Nën kushtet e temperaturës së ulët, difuzioni i joneve të litiumit në grafit pengohet, dhe përçueshmëria e elektrolitit zvogëlohet, gjë që çon në një ulje të shkallës së ndërlidhjes dhe bën që reagimi i veshjes me litium të ketë më shumë gjasa të ndodhë në sipërfaqen e grafitit. Arsyet kryesore për uljen e jetës së baterive litium-jon kur përdoren në temperatura të ulëta janë rritja e rezistencës së brendshme dhe degradimi i kapacitetit për shkak të reshjeve të joneve të litiumit.

8. Siguri e mirë

Siguria e baterive litium-jon përfshin jo vetëm qëndrueshmërinë e materialeve të brendshme, por edhe efektivitetin e masave ndihmëse të sigurisë së baterisë. Siguria e materialeve të brendshme i referohet materialeve pozitive dhe negative, diafragmës dhe elektrolitit, të cilat kanë qëndrueshmëri të mirë termike, përputhshmëri të mirë midis elektrolitit dhe materialit të elektrodës dhe ngadalësim të mirë të flakës së vetë elektrolitit. Masat ndihmëse të sigurisë i referohen modelit të valvulës së sigurisë të qelizës, modelit të siguresave, modelit të rezistencës ndaj temperaturës dhe ndjeshmëria është e përshtatshme. Pasi një qelizë e vetme dështon, ajo mund të parandalojë përhapjen e defektit dhe t’i shërbejë qëllimit të izolimit.

9. Konsistencë e mirë

Nëpërmjet “efektit fuçi” ne kuptojmë rëndësinë e qëndrueshmërisë së baterisë. Konsistenca i referohet qelizave të baterisë të përdorura në të njëjtën paketë baterie, kapaciteti, voltazhi i qarkut të hapur, rezistenca e brendshme, vetë-shkarkimi dhe parametrat e tjerë janë jashtëzakonisht të vogla dhe performanca është e ngjashme. Nëse konsistenca e qelizës së baterisë me performancën e saj të shkëlqyer nuk është e mirë, epërsia e saj shpesh zbutet pas formimit të grupit. Studimet kanë treguar se kapaciteti i baterisë pas grupimit përcaktohet nga qeliza me kapacitet më të vogël, dhe jeta e baterisë është më pak se jeta e qelizës më të shkurtër.