Ano ang mga kinakailangan para sa mataas na kalidad na mga baterya ng lithium-ion? Sa pangkalahatan, mahabang buhay, mataas na density ng enerhiya, at maaasahang pagganap ng kaligtasan ang mga kinakailangan para sa pagsukat ng isang de-kalidad na baterya ng lithium-ion. Ang mga bateryang Lithium-ion ay kasalukuyang ginagamit sa lahat ng aspeto ng pang-araw-araw na buhay, ngunit iba ang tagagawa o tatak. Mayroong ilang mga pagkakaiba sa buhay ng serbisyo at pagganap ng kaligtasan ng mga baterya ng lithium-ion, na malapit na nauugnay sa pamantayan ng proseso ng produksyon at mga materyales sa paggawa; ang mga sumusunod na kundisyon ay dapat na mga kondisyon para sa de-kalidad na lithium-ion;

1. Mahabang buhay ng serbisyo

Ang buhay ng pangalawang baterya ay may kasamang dalawang indicator: cycle life at calendar life. Ang cycle life ay nangangahulugan na pagkatapos maranasan ng baterya ang bilang ng mga cycle na ipinangako ng tagagawa, ang natitirang kapasidad ay mas malaki pa rin sa o katumbas ng 80%. Ang buhay sa kalendaryo ay nangangahulugang ang natitirang kapasidad ay hindi dapat mas mababa sa 80% sa loob ng tagal ng panahon na ipinangako ng tagagawa, hindi mahalaga kung ito ay ginamit o hindi.

Ang buhay ay isa sa mga pangunahing tagapagpahiwatig ng mga power lithium na baterya. Sa isang banda, ang malaking aksyon ng pagpapalit ng baterya ay talagang mahirap at ang karanasan ng gumagamit ay hindi maganda; sa kabilang banda, sa panimula, ang buhay ay isang isyu sa gastos.

Ang buhay ng isang baterya ng lithium-ion ay nangangahulugang ang kapasidad ng baterya ay nabubulok sa nominal na kapasidad (sa temperatura ng kuwarto na 25 ° C, karaniwang presyon ng atmospera, at 70% ng kapasidad ng baterya na pinalabas sa 0.2C) pagkatapos ng isang panahon ng paggamit , at ang buhay ay maaaring isaalang-alang bilang pagtatapos ng buhay. Sa industriya, ang buhay ng pag-ikot sa pangkalahatan ay kinakalkula ng bilang ng mga siklo ng ganap na sisingilin at pinalabas na mga baterya ng lithium-ion. Sa proseso ng paggamit, isang hindi maibabalik na reaksyong electrochemical ay nangyayari sa loob ng baterya ng lithium-ion, na humahantong sa pagbawas ng kapasidad, tulad ng pagkabulok ng electrolyte, pag-deactivate ng mga aktibong materyales, at pagbagsak ng positibo at negatibong mga istruktura ng electrode humantong sa isang pagbaba sa bilang ng mga lithium ions intercalation at deintercalation. Teka lang Ipinapakita ng mga eksperimento na ang isang mas mataas na rate ng paglabas ay hahantong sa isang mas mabilis na pagpapalambing ng kakayahan. Kung mababa ang kasalukuyang paglabas, ang boltahe ng baterya ay magiging malapit sa boltahe ng balanse, na maaaring maglabas ng mas maraming enerhiya.

Ang buhay na panteorya ng isang ternary na lithium-ion na baterya ay halos 800 na mga cycle, na katamtaman sa mga komersyal na rechargeable na lithium-ion na baterya. Ang Lithium iron phosphate ay humigit-kumulang 2,000 cycle, habang ang lithium titanate ay sinasabing kayang umabot sa 10,000 cycle. Sa kasalukuyan, nangangako ang mga pangunahing tagagawa ng baterya ng higit sa 500 beses (charge at discharge sa ilalim ng mga karaniwang kondisyon) sa mga detalye ng kanilang ternary battery cell. Gayunpaman, pagkatapos na maipon ang mga baterya sa isang baterya pack, dahil sa mga isyu ng pagkakapare-pareho, ang pinakamahalagang mga kadahilanan ay boltahe at panloob Ang pagtutol ay hindi maaaring eksaktong pareho, at ang buhay ng pag-ikot nito ay halos 400 beses. Ang inirekumendang window ng paggamit ng SOC ay 10%~90%. Hindi inirerekomenda ang malalim na pag-charge at pag-discharge, kung hindi, magdudulot ito ng hindi maibabalik na pinsala sa positibo at negatibong istraktura ng baterya. Kung kinakalkula ito ng mababaw na singil at mababaw na paglabas, ang buhay ng ikot ay hindi bababa sa 1000 beses. Bilang karagdagan, kung ang mga baterya ng lithium-ion ay madalas na na-discharge sa mga high-rate at mataas na temperatura na kapaligiran, ang buhay ng baterya ay mababawasan nang husto sa mas mababa sa 200 beses.

2. Mas kaunting maintenance, mas mababang gastos sa paggamit

Ang baterya mismo ay may mababang presyo bawat kilowatt-hour, na siyang pinaka-intuitive na gastos. Bilang karagdagan sa mga nabanggit, para sa mga gumagamit, kung ang gastos ay talagang mababa ay nakasalalay sa “buong buhay na cycle ng gastos ng kuryente.”

“Buong buhay na gastos sa pag-ikot ng kuryente”, ang kabuuang lakas ng baterya ng lithium ng kuryente ay pinarami ng bilang ng mga cycle upang makuha ang kabuuang halaga ng kuryente na maaaring magamit sa buong siklo ng buhay ng baterya, at ang kabuuang presyo ng ang battery pack ay hinati sa kabuuan na ito upang makuha ang presyo ng bawat kilowatt ng kuryente sa buong ikot ng buhay.

Ang presyo ng baterya na karaniwan nating pinag-uusapan, tulad ng 1,500 yuan/kWh, ay nakabatay lamang sa kabuuang enerhiya ng bagong cell ng baterya. Sa katunayan, ang halaga ng kuryente sa bawat yunit ng buhay ay ang direktang benepisyo ng end customer. Ang pinaka-intuitive na resulta ay na kung bumili ka ng dalawang battery pack na may parehong kapangyarihan sa parehong presyo, ang isa ay aabot sa katapusan ng buhay pagkatapos ng 50 beses ng pag-charge at pag-discharge, at ang isa ay maaaring magamit muli pagkatapos ng 100 beses ng pag-charge at pagdiskarga. Ang dalawang battery pack na ito ay makikita sa isang sulyap na mas mura.

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. High energy density/high power density

Ang density ng enerhiya ay tumutukoy sa enerhiya na nilalaman ng isang timbang ng yunit o dami ng yunit; ang electric energy na inilalabas ng average unit volume o mass ng isang baterya. Sa pangkalahatan, sa parehong volume, ang density ng enerhiya ng mga baterya ng lithium-ion ay 2.5 beses kaysa sa mga baterya ng nickel-cadmium at 1.8 beses kaysa sa mga baterya ng nickel-hydrogen. Samakatuwid, kapag ang kapasidad ng baterya ay pantay, ang mga baterya ng lithium-ion ay magiging mas mahusay kaysa sa mga baterya ng nickel-cadmium at nickel-hydrogen. Mas maliit na sukat at mas magaan ang timbang.

Densidad ng enerhiya ng baterya=kapasidad ng baterya× platform ng paglabas/kapal ng baterya/lapad ng baterya/haba ng baterya.

Ang density ng kapangyarihan ay tumutukoy sa halaga ng maximum na discharge power sa bawat yunit ng timbang o volume. Sa limitadong espasyo ng mga sasakyan sa kalsada, sa pamamagitan lamang ng pagtaas ng density ay mabisang mapapabuti ang kabuuang enerhiya at pangkalahatang kapangyarihan. Bilang karagdagan, ang kasalukuyang mga subsidyo ng estado ay gumagamit ng densidad ng enerhiya at densidad ng kuryente bilang threshold upang sukatin ang antas ng mga subsidyo, na higit na nagpapalakas sa kahalagahan ng densidad.

Gayunpaman, mayroong isang tiyak na kontradiksyon sa pagitan ng density ng enerhiya at kaligtasan. Habang tumataas ang density ng enerhiya, ang kaligtasan ay palaging haharap sa mas bago at mas mahihirap na hamon.

4. Mataas na boltahe

Dahil ang mga graphite electrodes ay karaniwang ginagamit bilang mga anode na materyales, ang boltahe ng mga baterya ng lithium-ion ay pangunahing tinutukoy ng mga materyal na katangian ng mga materyales ng cathode. Ang itaas na limitasyon ng boltahe ng lithium iron phosphate ay 3.6V, at ang maximum na boltahe ng ternary lithium at lithium manganate na baterya ay tungkol sa 4.2V (ang susunod na bahagi ay magpapaliwanag Bakit hindi maaaring lumampas sa 4.2V ang maximum na boltahe ng Li-ion na baterya. ). Ang pagbuo ng mga high-voltage na baterya ay isang teknikal na ruta para sa mga baterya ng lithium-ion upang mapataas ang density ng enerhiya. Upang madagdagan ang boltahe ng output ng cell, kinakailangan ng isang positibong materyal na elektrod na may mataas na potensyal, isang materyal na negatibong elektrod na may mababang potensyal at isang electrolyte na may matatag na mataas na boltahe.

5. Mataas na kahusayan sa enerhiya

Ang kahusayan ng Coulomb, na tinatawag ding kahusayan sa pagsingil, ay tumutukoy sa ratio ng kapasidad ng paglabas ng baterya sa kapasidad ng pagsingil sa parehong siklo. Iyon ay, ang porsyento ng tiyak na kapasidad ng paglabas upang singilin ang tiyak na kapasidad.

Para sa positibong materyal na electrode, ito ay ang kapasidad ng pagpapasok ng lithium / kapasidad ng delithium, iyon ay, ang kapasidad ng paglabas / kapasidad ng pagsingil; para sa negatibong materyal na elektrod, ito ay ang kapasidad ng pagtanggal ng lithium / kapasidad ng pagpapasok ng lithium, iyon ay, ang kapasidad ng paglabas / kapasidad ng pagsingil.

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.

Ang kahusayan ng enerhiya ng baterya ng imbakan at ang kahusayan ng Coulomb, ngunit mula sa pagpapahayag ng matematika, mayroong isang relasyon sa boltahe sa pagitan ng dalawa. Ang average na boltahe ng singil at paglabas ay hindi pantay, ang average na boltahe ng paglabas ay karaniwang mas mababa kaysa sa average na boltahe ng singil

Ang pagganap ng baterya ay maaaring hatulan ng kahusayan ng enerhiya ng baterya. Mula sa pag-iingat ng enerhiya, ang nawalang enerhiyang elektrikal ay pangunahing na-convert sa enerhiya ng init. Samakatuwid, ang kahusayan ng enerhiya ay maaaring pag-aralan ang init na nabuo ng baterya sa panahon ng proseso ng pagtatrabaho, at pagkatapos ay masuri ang kaugnayan sa pagitan ng panloob na paglaban at init. At alam na ang kahusayan ng enerhiya ay maaaring mahulaan ang natitirang enerhiya ng baterya at pamahalaan ang makatuwirang paggamit ng baterya.

Dahil ang lakas ng pag-input ay madalas na hindi ginagamit upang i-convert ang aktibong materyal sa isang naka-charge na estado, ngunit ang bahagi nito ay natupok (halimbawa, ang mga hindi maibabalik na side reaction ay nangyayari), kaya ang kahusayan ng Coulomb ay madalas na mas mababa sa 100%. Ngunit hanggang sa kasalukuyang mga baterya ng lithium-ion ay nababahala, ang kahusayan ng Coulomb ay karaniwang maaaring umabot sa 99.9% at mas mataas.

Nakakaimpluwensyang mga kadahilanan: pagkabulok ng electrolyte, interface passivation, mga pagbabago sa istraktura, morpolohiya, at kondaktibiti ng mga electrode na aktibong materyales ay magbabawas ng kahusayan ng Coulomb.

Bilang karagdagan, ito ay nagkakahalaga ng pagbanggit na ang pagkabulok ng baterya ay may maliit na epekto sa kahusayan ng Coulomb at may kaunting kinalaman sa temperatura.

Ang kasalukuyang density ay sumasalamin sa laki ng kasalukuyang dumadaan bawat yunit ng lugar. Habang tumataas ang kasalukuyang density, tumataas ang kasalukuyang dumaan sa stack, bumababa ang kahusayan ng boltahe dahil sa panloob na pagtutol, at bumababa ang kahusayan ng Coulomb dahil sa polarisasyon ng konsentrasyon at iba pang mga dahilan. Sa kalaunan ay humantong sa isang pagbawas sa kahusayan ng enerhiya.

6. Magandang pagganap ng mataas na temperatura

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.

Ang temperatura ng lithium-ion na baterya ay nagpapakita ng thermal state ng baterya, at ang kakanyahan nito ay ang resulta ng heat generation at heat transfer ng lithium-ion na baterya. Ang pag-aaral ng mga thermal na katangian ng mga baterya ng lithium-ion, at ang kanilang pagbuo ng init at mga katangian ng paglipat ng init sa ilalim ng iba’t ibang mga kondisyon, ay maaaring mapagtanto sa amin ang mahalagang paraan ng mga exothermic na reaksyong kemikal sa loob ng mga baterya ng lithium-ion.

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.

Kapag ang panloob na temperatura ng baterya ay tumataas sa itaas 200 ° C, ang passivation film sa positibong electrode ibabaw ay nabubulok ang positibong elektrod upang makabuo ng oxygen, at patuloy na marahas na tumutugon sa electrolyte upang makabuo ng isang malaking halaga ng init at bumuo ng isang mataas na panloob na presyon . Kapag ang temperatura ng baterya ay umabot sa itaas ng 240°C, ito ay sinasamahan ng isang marahas na exothermic na reaksyon sa pagitan ng lithium carbon negative electrode at ng binder.

The temperature problem of lithium-ion batteries has a great impact on the safety of lithium-ion batteries. The environment of use itself has a certain temperature, and the temperature of the lithium ion battery will also appear when it is used. The important thing is that temperature will have a greater impact on the chemical reaction inside the lithium-ion battery. Too high temperature can even damage the service life of the lithium-ion battery, and in severe cases, it will cause safety problems for the lithium-ion battery.

7. Magandang pagganap ng mababang temperatura

Lithium-ion batteries have good low-temperature performance, which means that at low temperatures, the lithium ions and electrode materials inside the battery still maintain high activity, high residual capacity, reduced discharge capacity degradation, and large allowable charging rate.

Habang bumababa ang temperatura, ang natitirang kapasidad ng baterya ng lithium-ion ay nabubulok sa isang pinabilis na sitwasyon. Kung mas mababa ang temperatura, mas mabilis ang pagkabulok ng kapasidad. Ang sapilitang pagsingil sa mababang temperatura ay lubhang nakakapinsala, at napakadaling magdulot ng thermal runaway na aksidente. Sa mababang temperatura, ang aktibidad ng lithium ions at electrode active materials ay bumababa, at ang rate kung saan ang lithium ions ay ipinasok sa negatibong electrode material ay lubhang nababawasan. Kapag ang panlabas na supply ng kuryente ay sinisingil sa lakas na lumampas sa pinapahintulutang lakas ng baterya, isang malaking halaga ng mga lithium ions ang naipon sa paligid ng negatibong elektrod, at ang mga lithium ions na naka-embed sa elektrod ay huli na upang makakuha ng mga electron at pagkatapos ay direktang magdeposito sa ibabaw ng elektrod upang bumuo ng mga lithium elemental na kristal. Lumalaki ang dendrite, direktang tumagos sa dayapragm, at tumusok sa positibong elektrod. Nagdudulot ng maikling circuit sa pagitan ng positibo at negatibong mga electrodes, na humahantong naman sa thermal runaway.

Bilang karagdagan sa matinding pagkasira ng kapasidad ng paglabas, ang mga baterya ng lithium-ion ay hindi maaaring singilin sa mababang temperatura. Sa panahon ng mababang temperatura na pagcha-charge, ang intercalation ng lithium ions sa graphite electrode ng baterya at ang lithium plating reaction ay magkakasabay at nakikipagkumpitensya sa isa’t isa. Sa ilalim ng mga kondisyon ng mababang temperatura, ang pagsasabog ng mga lithium ions sa grapayt ay na-inhibit, at ang kondaktibiti ng electrolyte ay bumababa, na humahantong sa isang pagbawas sa rate ng intercalation at ginagawang mas malamang na maganap ang reaksyon ng plating ng lithium sa ibabaw ng grapayt. Ang mga pangunahing dahilan para sa pagbaba sa buhay ng mga baterya ng lithium-ion kapag ginamit sa mababang temperatura ay ang pagtaas ng panloob na impedance at ang pagkasira ng kapasidad dahil sa pag-ulan ng mga lithium ions.

8. Magandang seguridad

Kasama sa kaligtasan ng mga baterya ng lithium-ion hindi lamang ang katatagan ng mga panloob na materyales, kundi pati na rin ang pagiging epektibo ng mga pantulong na hakbang sa kaligtasan ng baterya. Ang kaligtasan ng mga panloob na materyales ay tumutukoy sa positibo at negatibong mga materyales, dayapragm at electrolyte, na mayroong mahusay na katatagan ng thermal, mahusay na pagiging tugma sa pagitan ng electrolyte at ng electrode material, at mahusay na pagpigil ng apoy ng electrolyte mismo. Ang mga hakbang sa kaligtasan ng pandiwang pantulong ay tumutukoy sa disenyo ng balbula ng kaligtasan ng cell, ang disenyo ng piyus, disenyo ng paglaban na sensitibo sa temperatura, at angkop ang pagkasensitibo. Pagkatapos mabigo ang isang cell, mapipigilan nito ang pagkalat ng fault at magsisilbing layunin ng paghihiwalay.

9. Magandang pagkakapare-pareho

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.