Vilka krav ställs på högkvalitativa litiumjonbatterier? Generellt sett är lång livslängd, hög energitäthet och pålitlig säkerhetsprestanda förutsättningarna för att mäta ett litiumjonbatteri av hög kvalitet. Litiumjonbatterier används för närvarande i alla aspekter av det dagliga livet, men tillverkaren eller märket är annorlunda. Det finns vissa skillnader i livslängd och säkerhetsprestanda för litiumjonbatterier, som är nära besläktade med produktionsprocessens standarder och produktionsmaterial. följande villkor måste vara villkoren för litiumjon av hög kvalitet;

1. Lång livslängd

Det sekundära batteriets livslängd innehåller två indikatorer: livslängd och kalenderliv. Cykelliv betyder att efter att batteriet har upplevt antalet cykler som tillverkaren lovat, är den återstående kapaciteten fortfarande större än eller lika med 80%. Kalenderns livslängd innebär att den återstående kapaciteten inte ska vara mindre än 80% inom den tidsperiod som tillverkaren lovar, oavsett om den används eller inte.

Livet är en av de viktigaste indikatorerna för litiumbatterier. Å ena sidan är den stora åtgärden med att byta batteri verkligen besvärlig och användarupplevelsen är inte bra; å andra sidan är livet i grunden en kostnadsfråga.

Livslängden för ett litiumjonbatteri innebär att batteriets kapacitet sjunker till den nominella kapaciteten (vid rumstemperatur på 25 ° C, standardatmosfäriskt tryck och 70% av batterikapaciteten urladdad vid 0.2C) efter en tids användning , och livet kan betraktas som livets slut. I branschen beräknas cykelns livslängd i allmänhet med antalet cykler för fulladdade och urladdade litiumjonbatterier. Vid användning sker en irreversibel elektrokemisk reaktion inuti litiumjonbatteriet, vilket leder till en minskning av kapaciteten, såsom sönderdelning av elektrolyten, avaktivering av aktiva material och kollaps av de positiva och negativa elektrodstrukturerna leda till en minskning av antalet litiumjonerinterkalkning och deinterkalering. Vänta. Experiment visar att en högre utsläppshastighet kommer att leda till en snabbare dämpning av kapaciteten. Om urladdningsströmmen är låg kommer batterispänningen att vara nära jämviktsspänningen, vilket kan frigöra mer energi.

Den teoretiska livslängden för ett ternärt litiumjonbatteri är cirka 800 cykler, vilket är medium bland kommersiella laddningsbara litiumjonbatterier. Litiumjärnfosfat är cirka 2,000 cykler, medan litiumtitanat sägs kunna nå 10,000 500 cykler. För närvarande lovar vanliga batteritillverkare mer än 400 gånger (laddning och urladdning under standardförhållanden) i specifikationerna för deras ternära battericeller. Men efter att batterierna har monterats i ett batteri, på grund av konsekvensproblem, är de viktigaste faktorerna spänning och internt Motståndet kan inte vara exakt detsamma, och dess cykelliv är cirka 10 gånger. Det rekommenderade fönstret för användning av SOC är 90%~ 1000%. Djupladdning och urladdning rekommenderas inte, annars kan det orsaka irreversibel skada på batteriets positiva och negativa struktur. Om den beräknas med grund laddning och grund urladdning kommer livslängden att vara minst 200 gånger. Dessutom, om litiumjonbatterier ofta laddas ur i höghastighets- och högtemperaturmiljöer, kommer batteriets livslängd att reduceras drastiskt till mindre än XNUMX gånger.

2. Mindre underhåll, lägre användningskostnad

Batteriet i sig har ett lågt pris per kilowattimme, vilket är den mest intuitiva kostnaden. Utöver det ovan nämnda, för användare, om kostnaden är riktigt låg beror på “hela livscykelkostnaden för el.”

“Kostnad för hela livscykeln för el”, den totala effekten för litiumbatteriet med kraft multipliceras med antalet cykler för att få den totala makt som kan användas under batteriets hela livscykel och det totala priset på batteripaketet divideras med denna summa för att få priset per kilowatt el under hela livscykeln.

Batteripriset vi brukar prata om, till exempel 1,500 yuan/kWh, baseras bara på den totala energin i den nya battericellen. Faktum är att kostnaden för el per livsenhet är slutkundens direkta fördel. Det mest intuitiva resultatet är att om du köper två batterier med samma effekt till samma pris, kommer det ena att nå livets slut efter 50 gånger laddning och urladdning, och det andra kan återanvändas efter 100 gånger laddning och urladdning. Dessa två batteripaket kan ses med en blick som är billigare.

To put it bluntly, it is long life, durable and reduces costs.

Utöver de två ovanstående kostnaderna bör även underhållskostnaden för batteriet beaktas. Tänk bara på initialkostnaden, välj problemcellen, de senare underhållskostnaderna och arbetskostnaderna är för höga. När det gäller underhållet av själva battericellen är det viktigt att hänvisa till manuell balansering. BMS: s inbyggda utjämningsfunktion begränsas av storleken på den egna designutjämningsströmmen och kanske inte kan uppnå den perfekta balansen mellan cellerna. När tiden ackumuleras kommer problemet med överdriven tryckskillnad i batteriet att uppstå. I sådana situationer måste manuell utjämning utföras och battericellerna med för låg spänning laddas separat. Ju lägre frekvensen av denna situation, desto lägre är underhållskostnaden.

3. Hög energitäthet/hög effekttäthet

Energitäthet avser energin i en vikt eller enhetsvolym; den elektriska energin som frigörs av den genomsnittliga enhetsvolymen eller massan av ett batteri. Generellt, i samma volym, är energitätheten för litiumjonbatterier 2.5 gånger den för nickel-kadmiumbatterier och 1.8 gånger den för nickel-vätebatterier. Därför, när batterikapaciteten är lika, blir litiumjonbatterier bättre än nickel-kadmium och nickel-vätebatterier. Mindre storlek och lättare vikt.

Batteriets energitäthet = batterikapacitet × urladdningsplattform/batteritjocklek/batteribredd/batterilängd.

Effektdensitet avser värdet av den maximala urladdningseffekten per vikt eller volym. I det begränsade utrymmet för vägfordon kan endast den totala energin och den totala effekten effektivt förbättras genom att öka densiteten. Dessutom använder de nuvarande statliga subventionerna energitäthet och effekttäthet som tröskel för att mäta nivån på subventioner, vilket ytterligare stärker vikten av densitet.

Det finns dock en viss motsättning mellan energitäthet och säkerhet. När energitätheten ökar kommer säkerheten alltid att möta nyare och svårare utmaningar.

4. Högspänning

Eftersom grafitelektroder i princip används som anodmaterial bestäms spänningen hos litiumjonbatterier huvudsakligen av katodmaterialens materialegenskaper. Den övre gränsen för spänningen för litiumjärnfosfat är 3.6V, och den maximala spänningen för ternära litium- och litiummanganatbatterier är cirka 4.2V (nästa del kommer att förklara Varför kan högsta spänningen för litiumjonbatteri inte överstiga 4.2V ). Utvecklingen av högspänningsbatterier är en teknisk väg för litiumjonbatterier för att öka energitätheten. För att öka cellens utspänning krävs ett positivt elektrodmaterial med hög potential, ett negativt elektrodmaterial med låg potential och en elektrolyt med stabil högspänning.

5. Hög energieffektivitet

Coulomb -effektivitet, även kallad laddningseffektivitet, avser förhållandet mellan batteriets urladdningskapacitet och laddningskapacitet under samma cykel. Det vill säga procentandelen av urladdningsspecifik kapacitet för att ladda specifik kapacitet.

För det positiva elektrodmaterialet är det litiuminsättningskapacitet/delitiumkapacitet, det vill säga urladdningskapacitet/laddningskapacitet; för det negativa elektrodmaterialet är det litiumborttagningskapacitet/litiuminsättningskapacitet, det vill säga urladdningskapacitet/laddningskapacitet.

During the charging process, electrical energy is converted into chemical energy, and during the discharging process, chemical energy is converted into electrical energy. There is a certain efficiency in the input and output of electrical energy during the two conversion processes, and this efficiency directly reflects the performance of the battery.

From the perspective of professional physics, Coulomb efficiency and energy efficiency are different. One is the ratio of electricity and the other is the ratio of work.

Lagringsbatteriets energieffektivitet och Coulomb -effektivitet, men från det matematiska uttrycket finns det ett spänningsförhållande mellan de två. Den genomsnittliga spänningen för laddning och urladdning är inte lika, den genomsnittliga urladdningsspänningen är i allmänhet mindre än den genomsnittliga laddningsspänningen

Batteriets prestanda kan bedömas utifrån batteriets energieffektivitet. Från energibesparingen omvandlas den förlorade elektriska energin huvudsakligen till värmeenergi. Därför kan energieffektiviteten analysera värmen som genereras av batteriet under arbetsprocessen, och sedan kan förhållandet mellan internt motstånd och värme analyseras. Och det är känt att energieffektivitet kan förutsäga batteriets återstående energi och hantera batteriets rationella användning.

Eftersom ingångseffekten ofta inte används för att omvandla det aktiva materialet till ett laddat tillstånd, men en del av det förbrukas (till exempel uppstår irreversibla sidreaktioner), så Coulomb -effektiviteten är ofta mindre än 100%. Men när det gäller nuvarande litiumjonbatterier kan Coulomb-effektiviteten i princip nå 99.9% och högre.

Påverkande faktorer: elektrolytnedbrytning, gränssnittspassivering, förändringar i strukturen, morfologi och konduktivitet hos elektrodaktiva material kommer att minska Coulomb -effektiviteten.

Dessutom är det värt att nämna att batteriförfall har liten effekt på Coulomb -effektiviteten och har lite att göra med temperaturen.

Strömtätheten återspeglar storleken på strömmen som passerar per ytenhet. När strömtätheten ökar, ökar strömmen som passeras av stacken, spänningseffektiviteten minskar på grund av internt motstånd och Coulomb -effektiviteten minskar på grund av koncentrationspolarisering och andra orsaker. Så småningom leda till minskad energieffektivitet.

6. Bra prestanda vid hög temperatur

Litiumjonbatterier har goda högtemperaturprestanda, vilket innebär att batterikärnan befinner sig i en miljö med högre temperatur, och batteriets positiva och negativa material, separatorer och elektrolyt kan också bibehålla god stabilitet, kan fungera normalt vid höga temperaturer och livet kommer inte att påskyndas. Hög temperatur är inte lätt att orsaka termiska olyckor.

Litiumjonbatteriets temperatur visar batteriets termiska tillstånd, och kärnan i det är resultatet av värmeutvecklingen och värmeöverföringen av litiumjonbatteriet. Genom att studera de termiska egenskaperna hos litiumjonbatterier och deras värmeutveckling och värmeöverföringsegenskaper under olika förhållanden kan vi få inse det viktiga sättet för exotermiska kemiska reaktioner inuti litiumjonbatterier.

Osäkra beteenden hos litiumjonbatterier, inklusive överladdning och överladdning av batterier, snabb laddning och urladdning, kortslutning, mekaniska övergrepp och hög temperaturchock, kan lätt utlösa farliga sidoreaktioner inuti batteriet och generera värme, direkt förstöra negativa och positiva elektroder Passivationsfilm på ytan.

När celltemperaturen stiger till 130 ° C sönderfaller SEI-filmen på ytan av den negativa elektroden, vilket gör att den litiumkolnegativa elektroden med hög aktivitet utsätts för elektrolyten för att genomgå en kraftig oxidationsreduktionsreaktion och värmen som inträffar får batteriet till ett högriskläge.

När batteriets inre temperatur stiger över 200 ° C, sönderdelar passiveringsfilmen på den positiva elektrodytan den positiva elektroden för att generera syre och fortsätter att reagera våldsamt med elektrolyten för att generera en stor mängd värme och bilda ett högt internt tryck . När batteritemperaturen når över 240 ° C åtföljs den av en våldsam exoterm reaktion mellan litiumkolnegativ elektrod och bindemedel.

Temperaturproblemet med litiumjonbatterier har stor inverkan på litiumjonbatteriernas säkerhet. Användningsmiljön i sig har en viss temperatur, och temperaturen på litiumjonbatteriet visas också när det används. Det viktiga är att temperaturen kommer att ha en större inverkan på den kemiska reaktionen inuti litiumjonbatteriet. För hög temperatur kan till och med skada litiumjonbatteriets livslängd, och i allvarliga fall kan det orsaka säkerhetsproblem för litiumjonbatteriet.

7. Bra prestanda vid låg temperatur

Litiumjonbatterier har bra lågtemperaturprestanda, vilket innebär att litiumjoner och elektrodmaterial inne i batteriet vid låga temperaturer fortfarande upprätthåller hög aktivitet, hög restkapacitet, minskad urladdningskapacitet och hög tillåten laddningshastighet.

När temperaturen sjunker, försvinner litiumjonbatteriets återstående kapacitet till en accelererad situation. Ju lägre temperatur desto snabbare försämras kapaciteten. Tvingad laddning vid låga temperaturer är extremt skadlig, och det är mycket enkelt att orsaka termiska olyckor. Vid låga temperaturer minskar aktiviteten hos litiumjoner och elektrodaktiva material och hastigheten med vilken litiumjoner sätts in i det negativa elektrodmaterialet reduceras kraftigt. När den externa strömförsörjningen laddas med en effekt som överstiger batteriets tillåtna effekt, ackumuleras en stor mängd litiumjoner runt den negativa elektroden, och litiumjonerna inbäddade i elektroden är för sent för att få elektroner och sedan deponeras direkt på elektrodens yta för att bilda litiumelementkristaller. Dendriten växer, tränger direkt in i membranet och genomborrar den positiva elektroden. Orsakar en kortslutning mellan de positiva och negativa elektroderna, vilket i sin tur leder till termisk springande.

Förutom den kraftiga försämringen av urladdningskapaciteten kan inte litiumjonbatterier laddas vid låga temperaturer. Under laddning vid låg temperatur samverkar interkalering av litiumjoner på grafitelektroden i batteriet och litiumpläteringsreaktionen och konkurrerar med varandra. Under låga temperaturförhållanden hämmas diffusionen av litiumjoner i grafit, och elektrolytens konduktivitet minskar, vilket leder till en minskning av interkalationshastigheten och gör litiumpläteringsreaktionen mer sannolikt att inträffa på grafitytan. De främsta orsakerna till minskningen av litiumjonbatteriernas livslängd vid låga temperaturer är ökningen av inre impedans och försämring av kapaciteten på grund av utfällning av litiumjoner.

8. Bra säkerhet

Säkerheten för litiumjonbatterier inkluderar inte bara stabiliteten hos interna material, utan även effektiviteten av batterisäkerhetshjälpmedel. Säkerheten för interna material avser de positiva och negativa materialen, membran och elektrolyt, som har god termisk stabilitet, god kompatibilitet mellan elektrolyten och elektrodmaterialet och god flamskyddsförmåga hos själva elektrolyten. Säkerhetshjälpmedel avser cellens säkerhetsventildesign, säkringens konstruktion, den temperaturkänsliga motståndskonstruktionen och känsligheten är lämplig. Efter att en enda cell misslyckats kan det förhindra att felet sprider sig och tjäna isoleringen.

9. Bra konsistens

Through the “barrel effect” we understand the importance of battery consistency. Consistency refers to the battery cells used in the same battery pack, the capacity, open circuit voltage, internal resistance, self-discharge and other parameters are extremely small, and the performance is similar. If the consistency of the battery cell with its own excellent performance is not good, its superiority is often smoothed out after the group is formed. Studies have shown that the capacity of the battery pack after grouping is determined by the smallest capacity cell, and the battery pack life is less than the life of the shortest cell.