Ni mahitaji gani ya betri za lithiamu-ioni za ubora wa juu? Kwa ujumla, maisha marefu, msongamano mkubwa wa nishati, na utendaji unaotegemewa wa usalama ni sharti la kupima betri ya lithiamu-ioni ya ubora wa juu. Betri za lithiamu-ion sasa hutumiwa katika nyanja zote za maisha ya kila siku, lakini mtengenezaji au chapa ni tofauti. Kuna tofauti fulani katika maisha ya huduma na utendaji wa usalama wa betri za lithiamu-ioni, ambazo zinahusiana kwa karibu na viwango vya mchakato wa uzalishaji na vifaa vya uzalishaji; masharti yafuatayo lazima masharti ya ubora wa lithiamu-ion;

1. Maisha marefu ya huduma

Maisha ya betri ya sekondari ni pamoja na viashiria viwili: maisha ya mzunguko na maisha ya kalenda. Maisha ya mzunguko inamaanisha kuwa baada ya betri kupata idadi ya mizunguko iliyoahidiwa na mtengenezaji, uwezo uliobaki bado ni mkubwa kuliko au sawa na 80%. Maisha ya kalenda inamaanisha kuwa uwezo uliobaki hautakuwa chini ya 80% katika kipindi cha muda kilichoahidiwa na mtengenezaji, bila kujali ikiwa inatumika au la.

Maisha ni moja ya viashiria muhimu vya nguvu ya betri ya lithiamu. Kwa upande mmoja, hatua kubwa ya kubadilisha betri ni ya kutatanisha sana na uzoefu wa mtumiaji sio mzuri; kwa upande mwingine, kimsingi, maisha ni suala la gharama.

Uhai wa betri ya lithiamu-ion inamaanisha kuwa uwezo wa betri huharibika hadi kiwango cha kawaida (kwenye joto la kawaida la 25°C, shinikizo la angahewa la kawaida, na 70% ya uwezo wa betri kutolewa kwa 0.2C) baada ya muda wa matumizi. , na maisha yanaweza kuzingatiwa kama mwisho wa maisha. Kwenye tasnia, maisha ya mzunguko kwa ujumla huhesabiwa na idadi ya mizunguko ya betri za lithiamu-ioni zilizochajiwa na kutolewa kabisa. Katika mchakato wa matumizi, athari ya umeme inayoweza kubadilika hufanyika ndani ya betri ya lithiamu-ioni, ambayo inasababisha kupungua kwa uwezo, kama kuoza kwa elektroliti, kuzimishwa kwa vifaa vya kazi, na kuanguka kwa muundo mzuri na hasi wa elektroni. kusababisha kupungua kwa idadi ya ioni za lithiamu na uchanganyaji. Subiri. Majaribio yanaonyesha kuwa kiwango cha juu cha kutokwa kitasababisha kupunguza kasi kwa uwezo. Ikiwa sasa ya kutokwa ni ya chini, voltage ya betri itakuwa karibu na voltage ya usawa, ambayo inaweza kutoa nguvu zaidi.

Maisha ya kinadharia ya betri ya ternary lithiamu-ion ni takriban mizunguko 800, ambayo ni ya kati kati ya betri za lithiamu-ioni zinazoweza kuchajiwa tena. Fosfati ya chuma ya Lithium ni takriban mizunguko 2,000, wakati titanate ya lithiamu inasemekana kuwa na uwezo wa kufikia mizunguko 10,000. Kwa sasa, watengenezaji wa kawaida wa betri huahidi zaidi ya mara 500 (kutoza na kutokwa chini ya hali ya kawaida) katika vipimo vya seli zao za betri ya tatu. Hata hivyo, baada ya betri kukusanywa kwenye pakiti ya betri, kutokana na masuala ya msimamo, mambo muhimu zaidi ni voltage na ndani Upinzani hauwezi kuwa sawa kabisa, na maisha ya mzunguko wake ni karibu mara 400. Dirisha la matumizi ya SOC linalopendekezwa ni 10%~90%. Kuchaji na kutoa kwa kina haipendekezi, vinginevyo itasababisha uharibifu usiowezekana kwa muundo mzuri na hasi wa betri. Ikiwa imehesabiwa kwa malipo ya kina na kutokwa kwa kina, maisha ya mzunguko itakuwa angalau mara 1000. Zaidi ya hayo, ikiwa betri za lithiamu-ioni hutolewa mara kwa mara katika mazingira ya viwango vya juu na vya halijoto ya juu, muda wa matumizi ya betri utapunguzwa sana hadi chini ya mara 200.

2. Utunzaji mdogo, gharama ya chini ya matumizi

Betri yenyewe ina bei ya chini kwa kilowatt-saa, ambayo ni gharama ya angavu zaidi. Mbali na hayo yaliyotajwa hapo juu, kwa watumiaji, iwapo gharama ni ya chini inategemea “gharama ya mzunguko wa maisha kamili ya umeme.”

“Gharama ya mzunguko wa maisha kamili ya umeme”, jumla ya nguvu ya betri ya lithiamu ya nguvu inazidishwa na idadi ya mizunguko ili kupata jumla ya kiasi cha nishati inayoweza kutumika katika mzunguko kamili wa maisha ya betri, na bei ya jumla ya betri. pakiti ya betri imegawanywa kwa jumla hii ili kupata bei kwa kila kilowati ya umeme katika mzunguko kamili wa maisha.

Bei ya betri tunayozungumzia kwa kawaida, kama vile yuan 1,500/kWh, inategemea tu jumla ya nishati ya seli mpya ya betri. Kwa kweli, gharama ya umeme kwa kila kitengo cha maisha ni faida ya moja kwa moja ya mteja wa mwisho. Matokeo ya angavu zaidi ni kwamba ukinunua pakiti mbili za betri kwa nguvu sawa kwa bei sawa, moja itafikia mwisho wa maisha baada ya mara 50 ya malipo na kutokwa, na nyingine inaweza kutumika tena baada ya mara 100 ya malipo na kutokwa. Pakiti hizi mbili za betri zinaweza kuonekana kwa mtazamo ambao ni wa bei rahisi.

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

In addition to the above two costs, the maintenance cost of the battery should also be considered. Simply consider the initial cost, select the problem cell, the later maintenance cost and labor cost are too high. Regarding the maintenance of the battery cell itself, it is important to refer to manual balancing. The BMS’s built-in equalization function is limited by the size of its own design equalization current, and may not be able to achieve the ideal balance between the cells. As time accumulates, the problem of excessive pressure difference in the battery pack will occur. In such situations, manual equalization has to be carried out, and the battery cells with too low voltage are charged separately. The lower the frequency of this situation, the lower the maintenance cost.

3. Uzito mkubwa wa nishati / msongamano mkubwa wa nguvu

Uzito wa nishati inahusu nishati iliyo katika uzito wa kitengo au ujazo wa kitengo; nishati ya umeme iliyotolewa na kiasi cha wastani cha kitengo au wingi wa betri. Kwa ujumla, katika ujazo sawa, msongamano wa nishati ya betri za lithiamu-ioni ni mara 2.5 ya betri za nikeli-cadmium na mara 1.8 ya betri za nikeli-hidrojeni. Kwa hiyo, wakati uwezo wa betri ni sawa, betri za lithiamu-ion zitakuwa bora zaidi kuliko betri za nickel-cadmium na nickel-hidrojeni. Ukubwa mdogo na uzito mdogo.

Uzito wa nishati ya betri=uwezo wa betri× jukwaa la kuchaji/unene wa betri/upana wa betri/urefu wa betri.

Msongamano wa nguvu hurejelea thamani ya upeo wa juu wa kutokwa kwa kila kitengo cha uzito au ujazo. Katika nafasi ndogo ya magari ya barabarani, tu kwa kuongeza wiani kunaweza nishati na nguvu ya jumla kuboreshwa vyema. Kwa kuongezea, ruzuku ya serikali ya sasa hutumia wiani wa nishati na nguvu ya nguvu kama kizingiti cha kupima kiwango cha ruzuku, ambayo inaimarisha zaidi umuhimu wa wiani.

Walakini, kuna mkanganyiko fulani kati ya wiani wa nishati na usalama. Kadiri msongamano wa nishati unavyoongezeka, usalama utakabiliwa na changamoto mpya na ngumu zaidi kila wakati.

4. Voltage kubwa

Kwa kuwa elektroni za grafiti kimsingi hutumiwa kama vifaa vya anode, voltage ya betri za lithiamu-ioni imedhamiriwa hasa na sifa za nyenzo za vifaa vya cathode. Kikomo cha juu cha voltage ya lithiamu phosphate ya chuma ni 3.6V, na kiwango cha juu cha betri ya lithiamu na lithiamu ya manganate ni karibu 4.2V (sehemu inayofuata itaelezea Kwanini kiwango cha juu cha betri ya Li-ion haizidi 4.2V ) Uundaji wa betri zenye nguvu ya juu ni njia ya kiufundi ya betri za lithiamu-ioni ili kuongeza msongamano wa nishati. Ili kuongeza voltage ya pato ya kiini, nyenzo nzuri ya electrode yenye uwezo mkubwa, nyenzo hasi ya electrode yenye uwezo mdogo na electrolyte yenye voltage ya juu imara inahitajika.

5. Ufanisi mkubwa wa nishati

Ufanisi wa Coulomb, pia huitwa ufanisi wa kuchaji, inahusu uwiano wa uwezo wa kutolewa kwa betri na uwezo wa kuchaji wakati wa mzunguko huo. Hiyo ni, asilimia ya kutokwa uwezo maalum wa malipo ya uwezo maalum.

Kwa nyenzo nzuri ya elektroni, ni uwezo wa kuingiza lithiamu / uwezo wa delithiamu, ambayo ni uwezo wa kutokwa / uwezo wa malipo; kwa nyenzo hasi ya elektroni, ni uwezo wa kuondoa lithiamu / uwezo wa kuingiza lithiamu, ambayo ni uwezo wa kutokwa / uwezo wa kuchaji.

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.

Ufanisi wa nishati ya betri ya uhifadhi na ufanisi wa Coulomb, lakini kutokana na usemi wa hisabati, kuna uhusiano wa voltage kati ya hizo mbili. Wastani wa voltage ya malipo na kutokwa si sawa, wastani wa voltage ya kutokwa kwa ujumla ni chini ya wastani wa voltage ya malipo.

Utendaji wa betri unaweza kuhukumiwa na ufanisi wa nishati ya betri. Kutoka kwa uhifadhi wa nishati, nishati ya umeme iliyopotea hubadilishwa kuwa nishati ya joto. Kwa hiyo, ufanisi wa nishati unaweza kuchambua joto linalozalishwa na betri wakati wa mchakato wa kufanya kazi, na kisha uhusiano kati ya upinzani wa ndani na joto unaweza kuchambuliwa. Na inajulikana kuwa ufanisi wa nishati unaweza kutabiri nishati iliyobaki ya betri na kudhibiti matumizi ya busara ya betri.

Kwa sababu nguvu ya pembejeo mara nyingi haitumiwi kubadili nyenzo hai katika hali ya kushtakiwa, lakini sehemu yake hutumiwa (kwa mfano, athari zisizoweza kurekebishwa hutokea), hivyo ufanisi wa Coulomb mara nyingi huwa chini ya 100%. Lakini kuhusu betri za lithiamu-ioni za sasa, ufanisi wa Coulomb unaweza kufikia 99.9% na zaidi.

Sababu zinazoathiri: mtengano wa elektroliti, upitishaji wa kiolesura, mabadiliko katika muundo, mofolojia, na upitishaji wa vifaa vinavyotumika vya elektrodi vitapunguza ufanisi wa Coulomb.

Kwa kuongeza, ni muhimu kutaja kwamba kuharibika kwa betri kuna athari ndogo kwa ufanisi wa Coulomb na hakuhusiani kidogo na halijoto.

Msongamano wa sasa unaonyesha ukubwa wa kupita kwa sasa kwa kila eneo la kitengo. Kadiri msongamano wa sasa unavyoongezeka, sasa inayopitishwa na stack huongezeka, ufanisi wa voltage hupungua kutokana na upinzani wa ndani, na ufanisi wa Coulomb hupungua kutokana na polarization ya mkusanyiko na sababu nyingine. Hatimaye kusababisha kupungua kwa ufanisi wa nishati.

6. Utendaji mzuri wa joto la juu

Lithium-ion batteries have good high-temperature performance, which means that the battery core is in a higher temperature environment, and the battery’s positive and negative materials, separators and electrolyte can also maintain good stability, can work normally at high temperatures, and the life will not be accelerated. High temperature is not easy to cause thermal runaway accidents.

Joto la betri ya lithiamu-ion inaonyesha hali ya joto ya betri, na kiini chake ni matokeo ya kizazi cha joto na uhamisho wa joto wa betri ya lithiamu-ion. Kusoma sifa za joto za betri za lithiamu-ioni, na uzalishaji wao wa joto na sifa za uhamishaji joto chini ya hali tofauti, kunaweza kutufanya tutambue njia muhimu ya athari za kemikali za exothermic ndani ya betri za lithiamu-ioni.

Unsafe behaviors of lithium-ion batteries, including battery overcharge and overdischarge, rapid charge and discharge, short circuit, mechanical abuse conditions, and high temperature thermal shock, can easily trigger dangerous side reactions inside the battery and generate heat, directly destroying the negative and positive electrodes Passivation film on the surface.

When the cell temperature rises to 130°C, the SEI film on the surface of the negative electrode decomposes, causing the high-activity lithium carbon negative electrode to be exposed to the electrolyte to undergo a violent oxidation-reduction reaction, and the heat that occurs makes the battery enter a high-risk state.

Halijoto ya ndani ya betri inapopanda zaidi ya 200°C, filamu ya kupitisha kwenye uso wa elektrodi chanya hutengana elektrodi chanya kutoa oksijeni, na huendelea kuguswa kwa ukali na elektroliti kutoa kiwango kikubwa cha joto na kuunda shinikizo la juu la ndani. . Wakati joto la betri linafikia zaidi ya 240 ° C, linaambatana na mmenyuko mkali wa exothermic kati ya electrode hasi ya kaboni ya lithiamu na binder.

Tatizo la joto la betri za lithiamu-ion lina athari kubwa kwa usalama wa betri za lithiamu-ioni. Mazingira ya matumizi yenyewe yana joto fulani, na joto la betri ya lithiamu ion pia itaonekana wakati inatumiwa. Jambo muhimu ni kwamba halijoto itakuwa na athari kubwa kwenye mmenyuko wa kemikali ndani ya betri ya lithiamu-ioni. Joto la juu sana linaweza hata kuharibu maisha ya huduma ya betri ya lithiamu-ioni, na katika hali mbaya, itasababisha shida za usalama kwa betri ya lithiamu-ion.

7. Utendaji mzuri wa joto la chini

Batri za lithiamu-ion zina utendaji mzuri wa joto la chini, ambayo inamaanisha kuwa kwa joto la chini, ioni za lithiamu na vifaa vya elektroni ndani ya betri bado vinaendelea na shughuli nyingi, uwezo mkubwa wa mabaki, kupungua kwa uwezo wa kutokwa, na kiwango kikubwa cha kuchaji kinachoruhusiwa.

Joto linaposhuka, uwezo uliobaki wa betri ya lithiamu-ioni huharibika na kuwa katika hali ya kasi. Kiwango cha chini cha joto, ndivyo uwezo wa kuoza kwa kasi unavyopungua. Kulazimisha kuchaji kwa joto la chini ni hatari sana, na ni rahisi sana kusababisha ajali za kukimbia kwa mafuta. Kwa joto la chini, shughuli za ioni za lithiamu na vifaa vya kazi vya electrode hupungua, na kiwango cha ioni za lithiamu huingizwa kwenye nyenzo hasi ya electrode hupunguzwa sana. Wakati ugavi wa umeme wa nje unachajiwa kwa nguvu inayozidi nguvu inayoruhusiwa ya betri, kiasi kikubwa cha ioni za lithiamu hujilimbikiza karibu na elektrodi hasi, na ioni za lithiamu zilizowekwa kwenye elektrodi huchelewa sana kupata elektroni na kisha kuweka moja kwa moja kwenye kifaa. uso wa electrode kuunda fuwele za msingi za lithiamu. Dendrite inakua, hupenya diaphragm moja kwa moja, na hupiga electrode nzuri. Husababisha mzunguko mfupi kati ya elektroni chanya na hasi, ambayo pia husababisha kutoroka kwa joto.

Mbali na kuzorota kali kwa uwezo wa kutokwa, betri za lithiamu-ioni haziwezi kushtakiwa kwa joto la chini. Wakati wa kuchaji kwa joto la chini, kuingiliana kwa ioni za lithiamu kwenye elektroni ya grafiti ya betri na mmenyuko wa mchovyo wa lithiamu hukaa na kushindana. Chini ya hali ya joto la chini, uenezaji wa ioni za lithiamu katika grafiti huzuiliwa, na conductivity ya elektroliti hupungua, ambayo husababisha kupungua kwa kiwango cha kuingiliana na kufanya mmenyuko wa uwekaji wa lithiamu uwezekano wa kutokea kwenye uso wa grafiti. Sababu kuu za kupungua kwa maisha ya betri za lithiamu-ioni zinapotumiwa kwa joto la chini ni kuongezeka kwa impedance ya ndani na uharibifu wa uwezo kutokana na mvua ya ioni za lithiamu.

8. Usalama mzuri

Usalama wa betri za lithiamu-ion sio tu ni pamoja na utulivu wa vifaa vya ndani, lakini pia ufanisi wa hatua za msaidizi wa usalama wa betri. Usalama wa vifaa vya ndani inahusu vifaa vyema na hasi, diaphragm na electrolyte, ambayo ina utulivu mzuri wa joto, utangamano mzuri kati ya electrolyte na nyenzo za electrode, na retardancy nzuri ya moto wa electrolyte yenyewe. Hatua za msaidizi wa usalama hurejelea muundo wa valve ya usalama ya seli, muundo wa fuse, muundo wa upinzani wa joto-nyeti, na unyeti unafaa. Baada ya seli moja kushindwa, inaweza kuzuia kosa kuenea na kutumikia kusudi la kutengwa.

9. Msimamo mzuri

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.