Који су захтеви за висококвалитетне литијум-јонске батерије? Уопштено говорећи, дуг век трајања, велика густина енергије и поуздане безбедносне перформансе су предуслови за мерење висококвалитетне литијум-јонске батерије. Литијум-јонске батерије тренутно се користе у свим аспектима свакодневног живота, али се произвођач или марка разликују. Постоје неке разлике у животном веку и перформансама безбедности литијум-јонских батерија, које су блиско повезане са стандардима производног процеса и производним материјалима; следећи услови морају бити услови за висококвалитетни литијум-јонски;

КСНУМКС. Дуг век трајања

Вијек трајања секундарне батерије укључује два индикатора: вијек трајања и вијек календара. Животни век значи да након што батерија доживи број циклуса које је обећао произвођач, преостали капацитет је и даље већи или једнак 80%. Животни век календара значи да преостали капацитет не сме бити мањи од 80% у року који је обећао произвођач, без обзира да ли се користи или не.

Живот је један од кључних показатеља напајања литијумских батерија. С једне стране, велика акција замене батерије је заиста проблематична и корисничко искуство није добро; с друге стране, у основи, живот је питање трошкова.

Век трајања литијум-јонске батерије значи да капацитет батерије опада до номиналног капацитета (на собној температури од 25 ° Ц, стандардни атмосферски притисак и 70% капацитета батерије испражњене на 0.2 ° Ц) након периода употребе , а живот се може сматрати крајем живота. У индустрији се век трајања обично израчунава бројем циклуса потпуно напуњених и испражњених литијум-јонских батерија. У процесу употребе, унутар литијум-јонске батерије долази до неповратне електрохемијске реакције, што доводи до смањења капацитета, као што је разградња електролита, деактивирање активних материјала и колапс позитивне и негативне електродне структуре довести до смањења броја интеркалација и деинтеркалације литијум -јонских јона. Чекати. Експерименти показују да ће већа стопа пражњења довести до бржег слабљења капацитета. Ако је струја пражњења мала, напон батерије ће бити близу равнотежног напона, што може ослободити више енергије.

Теоретски век трајања троструке литијум-јонске батерије је око 800 циклуса, што је средње међу комерцијалним пуњивим литијум-јонским батеријама. Литијум гвожђе фосфат има око 2,000 циклуса, док се каже да литијум титанат може да достигне 10,000 циклуса. Тренутно главни произвођачи батерија обећавају више од 500 пута (пуњење и пражњење под стандардним условима) у спецификацијама својих троструких батерија. Међутим, након што су батерије састављене у батерију, због проблема у доследности, најважнији фактори су напон и унутрашњи отпор. Отпор не може бити потпуно исти, а век трајања му је око 400 пута. Препоручени период коришћења СОЦ -а је 10%~ 90%. Дубоко пуњење и пражњење се не препоручује, јер у супротном може доћи до неповратног оштећења позитивне и негативне структуре батерије. Ако се израчуна плитким пуњењем и плитким пражњењем, век циклуса ће бити најмање 1000 пута. Осим тога, ако се литијум-јонске батерије често празне у окружењима са великом брзином и високим температурама, век трајања батерије ће се драстично смањити на мање од 200 пута.

2. Мање одржавања, нижи трошкови коришћења

Сама батерија има ниску цену по киловат-сату, што је најинтуитивнији трошак. Поред горе наведеног, за кориснике, да ли су трошкови заиста ниски, зависи од „пуне цене животног циклуса електричне енергије“.

„Трошкови електричне енергије у пуном животном циклусу“, укупна снага литијумске батерије се множи са бројем циклуса да би се добила укупна количина енергије која се може користити у пуном животном циклусу батерије и укупна цена батерије батерија је подељена са овом сумом да бисте добили цену по киловату електричне енергије у пуном животном циклусу.

Цена батерије о којој обично говоримо, попут 1,500 јуана/кВх, заснована је само на укупној енергији нове ћелије батерије. У ствари, цена електричне енергије по јединици живота директна је корист крајњег купца. Најинтуитивнији резултат је да ако купите два пакета батерија са истом снагом по истој цени, један ће доћи до краја радног века након 50 пута пуњења и пражњења, а други се може поново користити након 100 пуњења и пражњења. Ове две батерије се могу видети на први поглед, што је јефтиније.

Искрено речено, дуг је живот, издржљив и смањује трошкове.

Поред горе наведена два трошкова, треба узети у обзир и трошкове одржавања батерије. Једноставно размислите о почетним трошковима, одаберите проблематичну ћелију, каснији трошкови одржавања и трошкови рада су превисоки. Што се тиче одржавања саме батерије, важно је позвати се на ручно балансирање. Уграђена функција изједначавања БМС-а ограничена је величином сопствене дизајнерске струје изједначавања и можда неће моћи постићи идеалну равнотежу између ћелија. Како се време акумулира, појавит ће се проблем превелике разлике у притиску у батерији. У таквим ситуацијама мора се извршити ручно изједначавање, а ћелије батерија са прениским напоном посебно се пуне. Што је учесталост ове ситуације мања, нижи су трошкови одржавања.

3. Висока густина енергије/велика густина снаге

Густина енергије се односи на енергију која се налази у јединичној тежини или јединичној запремини; електрична енергија ослобођена просечном јединичном запремином или масом батерије. Генерално, у истој запремини, густина енергије литијум-јонских батерија је 2.5 пута већа од гуме никл-кадмијумских батерија и 1.8 пута већа од гуме батерија никл-водоник. Стога, када је капацитет батерије једнак, литијум-јонске батерије ће бити боље од никл-кадмијумских и никал-водоничних батерија. Мање величине и лакше тежине.

Густина енергије батерије = капацитет батерије × пражњење платформе/дебљина батерије/ширина батерије/дужина батерије.

Густина снаге се односи на вредност максималне снаге пражњења по јединици тежине или запремине. У ограниченом простору друмских возила, само повећањем густине може се ефикасно побољшати укупна енергија и укупна снага. Поред тога, садашње државне субвенције користе густину енергије и густину енергије као праг за мерење нивоа субвенција, што додатно јача значај густине.

Међутим, постоји одређена контрадикција између густине енергије и сигурности. Како се густина енергије повећава, безбедност ће се увек суочити са новијим и тежим изазовима.

4. Високи напон

Пошто се графитне електроде у основи користе као анодни материјали, напон литијум-јонских батерија је углавном одређен карактеристикама материјала катодних материјала. Горња граница напона литијум-гвожђе фосфата је 3.6 В, а максимални напон трополних литијумских и литијум-манганатних батерија је око 4.2 В (следећи део ће објаснити зашто максимални напон Ли-јонске батерије не може да пређе 4.2 В ). Развој високонапонских батерија је технички пут за литијум-јонске батерије за повећање густине енергије. За повећање излазног напона ћелије потребан је материјал позитивне електроде са високим потенцијалом, материјал негативне електроде са малим потенцијалом и електролит са стабилним високим напоном.

5. Висока енергетска ефикасност

Кулонова ефикасност, која се назива и ефикасност пуњења, односи се на однос капацитета пражњења батерије и капацитета пуњења током истог циклуса. То јест, проценат пражњења специфичног капацитета за пуњење одређеног капацитета.

За материјал позитивне електроде то је капацитет уметања литијума/капацитет делитијума, односно капацитет пражњења/капацитет пуњења; за материјал негативне електроде то је капацитет уклањања литијума/капацитет уметања литијума, односно капацитет пражњења/капацитет пуњења.

Током процеса пуњења, електрична енергија се претвара у хемијску енергију, а током процеса пражњења, хемијска енергија се претвара у електричну енергију. Постоји одређена ефикасност у улазу и излазу електричне енергије током два процеса конверзије, а та ефикасност директно одражава перформансе батерије.

Из перспективе професионалне физике, Цоуломбова ефикасност и енергетска ефикасност се разликују. Један је однос електричне енергије, а други однос рада.

Енергетска ефикасност акумулационе батерије и Цоуломбова ефикасност, али из математичког израза постоји однос напона између њих. Просечан напон наелектрисања и пражњења није једнак, просечни напон пражњења је генерално мањи од просечног напона наелектрисања

Перформансе батерије се могу проценити према енергетској ефикасности батерије. Из очувања енергије, изгубљена електрична енергија се углавном претвара у топлотну енергију. Због тога се енергетском ефикасношћу може анализирати топлота коју акумулатор ствара током радног процеса, а затим се може анализирати однос између унутрашњег отпора и топлоте. А познато је да енергетска ефикасност може предвидети преосталу енергију батерије и управљати рационалном употребом батерије.

Пошто се улазна снага често не користи за претварање активног материјала у напуњено стање, већ се део троши (на пример, јављају се неповратне нуспојаве), па је Цоуломбова ефикасност често мања од 100%. Али што се тиче тренутних литијум-јонских батерија, Цоуломбова ефикасност може у основи достићи 99.9% и више.

Фактори који утичу: разлагање електролита, пасивизација интерфејса, промене у структури, морфологији и проводљивости активних материјала електрода смањиће Цоуломбову ефикасност.

Осим тога, вреди напоменути да распадање батерије има мали утицај на Цоуломбову ефикасност и нема много везе са температуром.

Густина струје одражава величину струје која пролази по јединици површине. Са повећањем густине струје, струја коју пропушта сноп се повећава, ефикасност напона опада због унутрашњег отпора, а Цоуломбова ефикасност опада због поларизације концентрације и других разлога. На крају ће довести до смањења енергетске ефикасности.

6. Добре перформансе при високим температурама

Литијум-јонске батерије имају добре перформансе при високим температурама, што значи да је језгро батерије у окружењу са вишом температуром, а позитивни и негативни материјали батерије, сепаратори и електролит такође могу одржавати добру стабилност, могу нормално радити на високим температурама, а живот се неће убрзати. Висока температура није лако изазвати термичке несреће.

Температура литијум-јонске батерије показује топлотно стање батерије, а суштина је резултат генерисања топлоте и преноса топлоте литијум-јонске батерије. Проучавање топлотних карактеристика литијум-јонских батерија и њихове карактеристике генерисања топлоте и преноса топлоте у различитим условима може нас навести да схватимо важан начин егзотермних хемијских реакција унутар литијум-јонских батерија.

Несигурно понашање литијум-јонских батерија, укључујући прекомјерно пуњење и пражњење батерија, брзо пуњење и пражњење, кратки спој, услове механичке злоупотребе и топлотни удар при високим температурама, може лако изазвати опасне споредне реакције унутар батерије и генерисати топлоту, директно уништавајући негативне и позитивне електроде Пасивацијски филм на површини.

Када температура ћелије порасте на 130 ° Ц, филм СЕИ на површини негативне електроде се распада, узрокујући да високоактивна литијум-угљенична негативна електрода буде изложена електролиту подвргнута насилној реакцији оксидације-редукције, а топлота која догоди да батерија пређе у стање високог ризика.

Када се унутрашња температура батерије подигне изнад 200 ° Ц, пасивизацијски филм на површини позитивне електроде разлаже позитивну електроду за стварање кисеоника и наставља бурно реаговати са електролитом да би произвео велику количину топлоте и формирао висок унутрашњи притисак . Када температура батерије пређе 240 ° Ц, праћена је бурном егзотермном реакцијом између литијум -угљеничне негативне електроде и везива.

Проблем температуре литијум-јонских батерија има велики утицај на безбедност литијум-јонских батерија. Само окружење употребе има одређену температуру, а температура литијум -јонске батерије ће се појавити и када се користи. Важно је да ће температура имати већи утицај на хемијску реакцију унутар литијум-јонске батерије. Превисока температура може чак оштетити радни век литијум-јонске батерије, а у тешким случајевима изазвати ће сигурносне проблеме литијум-јонске батерије.

7. Добре перформансе при ниским температурама

Литијум-јонске батерије имају добре перформансе на ниским температурама, што значи да на ниским температурама литијумови јони и материјали електрода унутар батерије и даље одржавају високу активност, велики преостали капацитет, смањену деградацију капацитета пражњења и велику дозвољену брзину пуњења.

Како температура пада, преостали капацитет литијум-јонске батерије опада у убрзану ситуацију. Што је нижа температура, брже се смањује капацитет. Присилно пуњење на ниским температурама је изузетно штетно и врло је лако изазвати термичке несреће. На ниским температурама, активност литијумових јона и активних материјала електрода опада, а брзина којом се литијумови јони убацују у материјал негативне електроде се значајно смањује. Када се спољно напајање напаја снагом већом од дозвољене снаге батерије, велика количина јона литијума се накупља око негативне електроде, а литијумови јони уграђени у електроду су прекасно да добију електроне, а затим се директно таложе на Површина електроде формира кристале елемента литијума. Дендрит расте, директно продире у дијафрагму и пробија позитивну електроду. Изазива кратки спој између позитивне и негативне електроде, што заузврат доводи до топлотног одвајања.

Поред озбиљног погоршања капацитета пражњења, литијум-јонске батерије се не могу пунити на ниским температурама. Током пуњења на ниским температурама, интеркалација литијумових јона на графитној електроди батерије и реакција литијумске оплате коегзистирају и међусобно се такмиче. Под условима ниске температуре, дифузија литијумових јона у графиту је инхибирана, а проводљивост електролита се смањује, што доводи до смањења брзине интеркалације и чини већу вероватноћу да ће доћи до реакције литијума на површини графита. Главни разлози за смањење века трајања литијум-јонских батерија када се користе на ниским температурама су повећање унутрашње импедансе и деградација капацитета услед таложења литијумових јона.

8. Добра сигурност

Безбедност литијум-јонских батерија не укључује само стабилност унутрашњих материјала, већ и ефикасност помоћних мера безбедности батерија. Сигурност унутрашњих материјала односи се на позитивне и негативне материјале, мембрану и електролит, који имају добру топлотну стабилност, добру компатибилност између електролита и материјала електроде и добру ретардацију самог електролита. Помоћне мере безбедности односе се на дизајн сигурносног вентила ћелије, дизајн осигурача, дизајн отпора осетљивог на температуру, а осетљивост је одговарајућа. Након што једна ћелија откаже, може спречити ширење грешке и послужити у сврху изолације.

9. Добра конзистенција

Кроз „ефекат бачве“ схватамо важност доследности батерије. Конзистентност се односи на ћелије батерија које се користе у истој батерији, капацитет, напон отвореног кола, унутрашњи отпор, самопражњење и други параметри су изузетно мали, а перформансе су сличне. Ако конзистенција батерије са њеним одличним перформансама није добра, њена супериорност се често изглађује након формирања групе. Студије су показале да је капацитет батерије након груписања одређен ћелијом најмањег капацитета, а да је век трајања батерије мањи од века трајања најкраће ћелије.