Yüksek kaliteli lityum iyon piller için gereksinimler nelerdir? Genel olarak konuşursak, uzun ömür, yüksek enerji yoğunluğu ve güvenilir güvenlik performansı, yüksek kaliteli bir lityum iyon pili ölçmek için ön koşullardır. Lityum-iyon piller şu anda günlük hayatın her alanında kullanılmaktadır ancak üreticisi veya markası farklıdır. Üretim süreci standartları ve üretim malzemeleri ile yakından ilgili olan lityum iyon pillerin hizmet ömrü ve güvenlik performansında bazı farklılıklar vardır; aşağıdaki koşullar, yüksek kaliteli lityum iyon için koşullar olmalıdır;

1. Uzun ömürlü

İkincil pilin ömrü iki gösterge içerir: çevrim ömrü ve takvim ömrü. Döngü ömrü, pil, üretici tarafından vaat edilen döngü sayısını geçtikten sonra kalan kapasitenin hala %80’e eşit veya daha fazla olduğu anlamına gelir. Takvim ömrü, kullanılıp kullanılmadığına bakılmaksızın, üretici tarafından taahhüt edilen süre içinde kalan kapasitenin %80’den az olmaması anlamına gelir.

Ömür, güç lityum pillerin temel göstergelerinden biridir. Bir yandan, pili değiştirmenin büyük eylemi gerçekten zahmetli ve kullanıcı deneyimi iyi değil; öte yandan, temelde hayat bir maliyet meselesidir.

Bir lityum iyon pilin ömrü, pil kapasitesinin belirli bir kullanım süresinden sonra nominal kapasiteye (25°C oda sıcaklığında, standart atmosfer basıncında ve pil kapasitesinin %70’i 0.2°C’de boşaldığında) düşmesi anlamına gelir. ve yaşam, yaşamın sonu olarak kabul edilebilir. Endüstride çevrim ömrü genellikle tam şarjlı ve boşalmış lityum iyon pillerin çevrim sayısı ile hesaplanır. Kullanım sürecinde, lityum iyon pilin içinde elektrolitin ayrışması, aktif malzemelerin devre dışı kalması ve pozitif ve negatif elektrot yapılarının çökmesi gibi kapasitede bir azalmaya yol açan geri dönüşü olmayan bir elektrokimyasal reaksiyon meydana gelir. lityum iyonlarının interkalasyonu ve deinterkalasyonu sayısında azalmaya yol açar. Beklemek. Deneyler, daha yüksek bir deşarj hızının kapasitenin daha hızlı zayıflamasına yol açacağını göstermektedir. Deşarj akımı düşükse, akü voltajı denge voltajına yakın olacak ve bu da daha fazla enerji açığa çıkarabilecektir.

Üçlü bir lityum iyon pilin teorik ömrü, ticari şarj edilebilir lityum iyon piller arasında orta olan yaklaşık 800 devirdir. Lityum demir fosfat yaklaşık 2,000 döngü iken, lityum titanatın 10,000 döngüye ulaşabileceği söyleniyor. Şu anda, ana akım pil üreticileri, üçlü pil hücrelerinin teknik özelliklerinde 500 kattan fazla (standart koşullar altında şarj ve deşarj) vaat ediyor. Ancak, piller bir pil takımına monte edildikten sonra, tutarlılık sorunları nedeniyle en önemli faktörler voltaj ve dahilidir. Direnç tam olarak aynı olamaz ve çevrim ömrü yaklaşık 400 katıdır. Önerilen SOC kullanım aralığı %10~90’dır. Derin şarj ve deşarj tavsiye edilmez, aksi takdirde pilin pozitif ve negatif yapısında geri dönüşü olmayan hasarlara neden olur. Sığ şarj ve sığ deşarj ile hesaplanırsa, çevrim ömrü en az 1000 kat olacaktır. Ek olarak, lityum iyon piller yüksek oranlı ve yüksek sıcaklıktaki ortamlarda sık sık boşalırsa, pil ömrü 200 katın altına önemli ölçüde düşecektir.

2. Daha az bakım, daha düşük kullanım maliyeti

Pilin kendisi, en sezgisel maliyet olan kilovat saat başına düşük bir fiyata sahiptir. Yukarıda belirtilenlere ek olarak, kullanıcılar için maliyetin gerçekten düşük olup olmadığı, “elektriğin tüm yaşam döngüsü maliyetine” bağlıdır.

“Elektriğin tam yaşam döngüsü maliyeti”, pilin tam yaşam döngüsünde kullanılabilecek toplam güç miktarını ve pilin toplam fiyatını elde etmek için güç lityum pilin toplam gücü döngü sayısı ile çarpılır. pil paketi, tam yaşam döngüsünde kilovat başına elektrik fiyatını elde etmek için bu toplama bölünür.

1,500 yuan/kWh gibi genellikle bahsettiğimiz pil fiyatı sadece yeni pil hücresinin toplam enerjisine dayanmaktadır. Aslında, yaşam birimi başına elektrik maliyeti, son müşterinin doğrudan yararıdır. En sezgisel sonuç, aynı fiyata aynı güce sahip iki pil paketi satın alırsanız, biri 50 kez şarj ve deşarjdan sonra ömrünün sonuna ulaşır, diğeri ise 100 kez şarj ve deşarjdan sonra yeniden kullanılabilir. Bu iki pil paketi daha ucuz olan bir bakışta görülebilir.

Açıkça söylemek gerekirse, uzun ömürlüdür, dayanıklıdır ve maliyetleri düşürür.

Yukarıdaki iki maliyete ek olarak akünün bakım maliyeti de göz önünde bulundurulmalıdır. Basitçe başlangıç ​​maliyetini göz önünde bulundurun, sorunlu hücreyi seçin, sonraki bakım maliyeti ve işçilik maliyeti çok yüksektir. Pil hücresinin kendisinin bakımı ile ilgili olarak, manuel dengelemeye başvurmak önemlidir. BMS’nin yerleşik eşitleme işlevi, kendi tasarım eşitleme akımının boyutuyla sınırlıdır ve hücreler arasında ideal dengeyi sağlayamayabilir. Zaman biriktikçe, pil takımında aşırı basınç farkı sorunu ortaya çıkacaktır. Bu gibi durumlarda manuel eşitleme yapılmalı ve çok düşük voltajlı pil hücreleri ayrı olarak şarj edilmelidir. Bu durumun sıklığı ne kadar düşük olursa bakım maliyeti de o kadar düşük olur.

3. Yüksek enerji yoğunluğu/yüksek güç yoğunluğu

Enerji yoğunluğu, bir birim ağırlıkta veya birim hacimde bulunan enerjiyi ifade eder; bir pilin ortalama birim hacmi veya kütlesi tarafından salınan elektrik enerjisi. Genel olarak, aynı hacimde, lityum iyon pillerin enerji yoğunluğu, nikel-kadmiyum pillerinkinin 2.5 katı ve nikel-hidrojen pillerinkinin 1.8 katıdır. Bu nedenle, pil kapasitesi eşit olduğunda, lityum iyon piller, nikel-kadmiyum ve nikel-hidrojen pillerden daha iyi olacaktır. Daha küçük boyut ve daha hafif ağırlık.

Pil enerji yoğunluğu=pil kapasitesi× deşarj platformu/pil kalınlığı/pil genişliği/pil uzunluğu.

Güç yoğunluğu, birim ağırlık veya hacim başına maksimum deşarj gücünün değerini ifade eder. Karayolu taşıtlarının sınırlı alanında, yalnızca yoğunluğun arttırılmasıyla toplam enerji ve toplam güç etkin bir şekilde iyileştirilebilir. Ek olarak, mevcut devlet sübvansiyonları, sübvansiyonların seviyesini ölçmek için eşik olarak enerji yoğunluğunu ve güç yoğunluğunu kullanır ve bu da yoğunluğun önemini daha da güçlendirir.

Ancak, enerji yoğunluğu ve güvenlik arasında belirli bir çelişki vardır. Enerji yoğunluğu arttıkça, güvenlik her zaman daha yeni ve daha zor zorluklarla karşı karşıya kalacaktır.

4. Yüksek voltaj

Grafit elektrotlar temel olarak anot malzemeleri olarak kullanıldığından, lityum iyon pillerin voltajı esas olarak katot malzemelerinin malzeme özelliklerine göre belirlenir. Lityum demir fosfat voltajının üst sınırı 3.6V’dir ve üçlü lityum ve lityum manganat pillerin maksimum voltajı yaklaşık 4.2V’dir (bir sonraki bölüm Li-ion pilin maksimum voltajının neden 4.2V’u geçemediğini açıklayacaktır) ). Yüksek voltajlı pillerin geliştirilmesi, lityum iyon pillerin enerji yoğunluğunu artırması için teknik bir yoldur. Hücrenin çıkış voltajını artırmak için yüksek potansiyelli pozitif elektrot malzemesi, düşük potansiyelli negatif elektrot malzemesi ve kararlı yüksek voltajlı elektrolit gerekir.

5. Yüksek enerji verimliliği

Şarj verimliliği olarak da adlandırılan Coulomb verimliliği, aynı döngü sırasında pil deşarj kapasitesinin şarj kapasitesine oranını ifade eder. Yani, belirli kapasiteyi şarj etmek için deşarj spesifik kapasitesinin yüzdesi.

Pozitif elektrot malzemesi için lityum ekleme kapasitesi/delityum kapasitesi, yani deşarj kapasitesi/şarj kapasitesidir; negatif elektrot malzemesi için bu, lityum çıkarma kapasitesi/lityum yerleştirme kapasitesi, yani deşarj kapasitesi/şarj kapasitesidir.

Şarj işlemi sırasında elektrik enerjisi kimyasal enerjiye, deşarj işlemi sırasında ise kimyasal enerji elektrik enerjisine dönüştürülür. İki dönüşüm işlemi sırasında elektrik enerjisinin giriş ve çıkışında belirli bir verim vardır ve bu verim doğrudan pilin performansını yansıtır.

Profesyonel fizik açısından bakıldığında, Coulomb verimliliği ve enerji verimliliği farklıdır. Biri elektriğin oranı, diğeri ise işin oranıdır.

Depolama pilinin enerji verimliliği ve Coulomb verimliliği, ancak matematiksel ifadeden ikisi arasında bir voltaj ilişkisi vardır. Ortalama şarj ve deşarj voltajı eşit değil, ortalama deşarj voltajı genellikle ortalama şarj voltajından daha düşük

Pilin performansı, pilin enerji verimliliği ile değerlendirilebilir. Enerjinin korunumundan, kaybedilen elektrik enerjisi esas olarak ısı enerjisine dönüştürülür. Bu nedenle, enerji verimliliği, çalışma sürecinde pil tarafından üretilen ısıyı analiz edebilir ve daha sonra iç direnç ile ısı arasındaki ilişki analiz edilebilir. Ve enerji verimliliğinin pilin kalan enerjisini tahmin edebildiği ve pilin rasyonel kullanımını yönetebildiği bilinmektedir.

Giriş gücü genellikle aktif malzemeyi yüklü bir duruma dönüştürmek için kullanılmadığından, bunun bir kısmı tüketildiğinden (örneğin, tersinmez yan reaksiyonlar meydana gelir), bu nedenle Coulomb verimliliği genellikle %100’den azdır. Ancak mevcut lityum iyon piller söz konusu olduğunda, Coulomb verimliliği temel olarak %99.9 ve üstüne ulaşabilir.

Etkileyen faktörler: elektrolit ayrışması, arayüz pasivasyonu, yapıdaki değişiklikler, morfoloji ve elektrot aktif malzemelerinin iletkenliği Coulomb verimliliğini azaltacaktır.

Ek olarak, pil bozulmasının Coulomb verimliliği üzerinde çok az etkisi olduğunu ve sıcaklıkla çok az ilgisi olduğunu belirtmekte fayda var.

Akım yoğunluğu, birim alandan geçen akımın boyutunu yansıtır. Akım yoğunluğu arttıkça yığından geçen akım artar, iç direnç nedeniyle voltaj verimi düşer ve konsantrasyon polarizasyonu ve diğer nedenlerle Coulomb verimi düşer. Sonunda enerji verimliliğinde bir azalmaya yol açar.

6. İyi yüksek sıcaklık performansı

Lityum iyon piller iyi bir yüksek sıcaklık performansına sahiptir, bu da pil çekirdeğinin daha yüksek sıcaklıkta bir ortamda olduğu ve pilin pozitif ve negatif malzemeleri, ayırıcıları ve elektrolitinin de iyi bir stabilite sağlayabildiği, yüksek sıcaklıklarda normal şekilde çalışabileceği ve pilin normal olarak çalışabileceği anlamına gelir. hayat hızlanmaz. Yüksek sıcaklığın termal kaçak kazalara neden olması kolay değildir.

Lityum iyon pilin sıcaklığı, pilin termal durumunu gösterir ve özü, lityum iyon pilin ısı üretimi ve ısı transferinin sonucudur. Lityum iyon pillerin termal özelliklerini ve farklı koşullar altında ısı üretim ve ısı transfer özelliklerini incelemek, lityum iyon piller içindeki ekzotermik kimyasal reaksiyonların önemli yolunu anlamamızı sağlayabilir.

Lityum iyon pillerin aşırı şarj ve aşırı deşarj, hızlı şarj ve deşarj, kısa devre, mekanik kötüye kullanım koşulları ve yüksek sıcaklıktaki termal şok dahil olmak üzere güvenli olmayan davranışları, pilin içindeki tehlikeli yan reaksiyonları kolayca tetikleyebilir ve ısı üreterek, negatif ve pozitif elektrotlar Yüzeyde pasivasyon filmi.

Hücre sıcaklığı 130°C’ye yükseldiğinde, negatif elektrotun yüzeyindeki SEI filmi ayrışır ve yüksek aktiviteli lityum karbon negatif elektrotun elektrolite maruz kalmasına ve şiddetli bir oksidasyon-redüksiyon reaksiyonuna girmesine neden olur. pilin yüksek riskli bir duruma girmesine neden olur.

Pilin iç sıcaklığı 200°C’nin üzerine çıktığında, pozitif elektrot yüzeyindeki pasifleştirme filmi, oksijen üretmek için pozitif elektrotu ayrıştırır ve büyük miktarda ısı üretmek ve yüksek bir iç basınç oluşturmak için elektrolit ile şiddetli bir şekilde reaksiyona girmeye devam eder. . Pil sıcaklığı 240°C’nin üzerine çıktığında, buna lityum karbon negatif elektrot ile bağlayıcı arasında şiddetli bir ekzotermik reaksiyon eşlik eder.

Lityum iyon pillerin sıcaklık sorunu, lityum iyon pillerin güvenliği üzerinde büyük bir etkiye sahiptir. Kullanım ortamının kendisi belirli bir sıcaklığa sahiptir ve kullanıldığında lityum iyon pilin sıcaklığı da görünecektir. Önemli olan, sıcaklığın lityum iyon pilin içindeki kimyasal reaksiyon üzerinde daha büyük bir etkiye sahip olmasıdır. Çok yüksek sıcaklık, lityum iyon pilin hizmet ömrüne bile zarar verebilir ve ciddi durumlarda, lityum iyon pil için güvenlik sorunlarına neden olur.

7. İyi düşük sıcaklık performansı

Lityum-iyon piller iyi düşük sıcaklık performansına sahiptir, bu da düşük sıcaklıklarda pilin içindeki lityum iyonlarının ve elektrot malzemelerinin yüksek aktiviteyi, yüksek artık kapasiteyi, düşük deşarj kapasitesi bozulmasını ve izin verilen yüksek şarj oranını koruduğu anlamına gelir.

Sıcaklık düştükçe, lityum iyon pilin kalan kapasitesi bozularak hızlandırılmış bir duruma dönüşür. Sıcaklık ne kadar düşük olursa, kapasite düşüşü o kadar hızlı olur. Düşük sıcaklıklarda zorunlu şarj son derece zararlıdır ve termal kaçak kazalara neden olmak çok kolaydır. Düşük sıcaklıklarda, lityum iyonlarının ve elektrot aktif malzemelerinin aktivitesi azalır ve lityum iyonlarının negatif elektrot malzemesine girme hızı ciddi şekilde azalır. Harici güç kaynağı, pilin izin verilen gücünü aşan bir güçte şarj edildiğinde, negatif elektrotun etrafında büyük miktarda lityum iyonu birikir ve elektrota gömülü lityum iyonları elektron almak için çok geç olur ve ardından doğrudan pilin üzerine çöker. Elektrot yüzeyi lityum element kristalleri oluşturmak için. Dendrit büyür, diyaframa doğrudan nüfuz eder ve pozitif elektrodu deler. Pozitif ve negatif elektrotlar arasında kısa devreye neden olur ve bu da termal kaçaklara yol açar.

Deşarj kapasitesinin ciddi şekilde bozulmasına ek olarak, lityum iyon piller düşük sıcaklıklarda şarj edilemez. Düşük sıcaklıkta şarj sırasında, pilin grafit elektrotu üzerindeki lityum iyonlarının araya girmesi ve lityum kaplama reaksiyonu bir arada bulunur ve birbirleriyle rekabet eder. Düşük sıcaklık koşulları altında, grafit içindeki lityum iyonlarının difüzyonu engellenir ve elektrolitin iletkenliği azalır, bu da interkalasyon hızında bir azalmaya yol açar ve lityum kaplama reaksiyonunun grafit yüzeyinde meydana gelme olasılığını artırır. Düşük sıcaklıklarda kullanıldığında lityum iyon pillerin ömrünün azalmasının başlıca nedenleri, lityum iyonlarının çökelmesine bağlı olarak iç empedansın artması ve kapasitenin düşmesidir.

8. İyi güvenlik

Lityum iyon pillerin güvenliği, yalnızca iç malzemelerin kararlılığını değil, aynı zamanda pil güvenliği yardımcı önlemlerinin etkinliğini de içerir. Dahili malzemelerin güvenliği, iyi termal stabiliteye, elektrolit ile elektrot malzemesi arasında iyi bir uyumluluğa ve elektrolitin kendisinin iyi alev geciktiriciliğine sahip olan pozitif ve negatif malzemeler, diyafram ve elektrolit anlamına gelir. Güvenlik yardımcı önlemleri, hücrenin emniyet valfi tasarımına, sigorta tasarımına, sıcaklığa duyarlı direnç tasarımına atıfta bulunur ve hassasiyet uygundur. Tek bir hücre arızalandıktan sonra arızanın yayılmasını engelleyebilir ve izolasyon amacına hizmet edebilir.

9. İyi tutarlılık

“Varil etkisi” sayesinde pil tutarlılığının önemini anlıyoruz. Tutarlılık, aynı pil paketinde kullanılan pil hücrelerini ifade eder, kapasite, açık devre voltajı, dahili direnç, kendi kendine deşarj ve diğer parametreler son derece küçüktür ve performans benzerdir. Pil hücresinin kendi mükemmel performansı ile tutarlılığı iyi değilse, grup oluşturulduktan sonra üstünlüğü genellikle düzelir. Çalışmalar, gruplamadan sonra pil paketinin kapasitesinin en küçük kapasiteli hücre tarafından belirlendiğini ve pil paketi ömrünün en kısa hücrenin ömründen daha az olduğunu göstermiştir.