Які вимоги до високоякісних літій-іонних акумуляторів? Загалом, тривалий термін служби, висока щільність енергії та надійні показники безпеки є передумовами для вимірювання високоякісної літій-іонної батареї. Літій-іонні акумулятори в даний час використовуються в усіх аспектах повсякденного життя, але виробник або марка відрізняються. Існують деякі відмінності в термінах служби та безпеці роботи літій-іонних акумуляторів, які тісно пов’язані зі стандартами виробничого процесу та матеріалами виробництва; наступні умови повинні бути умовами для якісного літій-іонного;

1 Тривалий термін служби

Термін служби вторинної батареї включає два показники: термін служби циклу та термін служби календаря. Термін служби означає, що після того, як акумулятор пережив кількість циклів, обіцяних виробником, залишок ємності все ще перевищує або дорівнює 80%. Термін служби календаря означає, що залишок ємності не повинен бути меншим за 80% протягом терміну, обіцяного виробником, незалежно від того, використовується він чи ні.

Термін служби – один з ключових показників потужності літієвих батарей. З одного боку, великі дії по заміні батареї дійсно клопітні, а досвід користувача поганий; з іншого боку, принципово, життя – це питання вартості.

Термін служби літій-іонної батареї означає, що ємність батареї падає до номінальної ємності (при кімнатній температурі 25 ° C, стандартному атмосферному тиску та 70% ємності акумулятора, розрядженої при 0.2 ° C) після періоду використання , а життя можна вважати кінцем життя. У промисловості тривалість циклу зазвичай розраховується за кількістю циклів повністю заряджених і розряджених літій-іонних акумуляторів. У процесі використання всередині літій-іонної батареї відбувається незворотна електрохімічна реакція, що призводить до зменшення ємності, наприклад, розкладання електроліту, дезактивації активних матеріалів та руйнування позитивних і негативних електродних структур призводять до зменшення кількості інтеркаляції та деінтеркаляції іонів літію. Зачекайте. Експерименти показують, що більша швидкість розряду призведе до більш швидкого згасання потужності. Якщо струм розряду низький, напруга акумулятора буде близька до рівноважної напруги, що може виділяти більше енергії.

Теоретичний термін служби потрійної літій-іонної батареї становить близько 800 циклів, що є середнім серед комерційних акумуляторних літій-іонних батарей. Фосфат заліза літію становить близько 2,000 циклів, тоді як титанат літію, як кажуть, може досягати 10,000 500 циклів. Наразі виробники основних акумуляторів обіцяють більше 400 разів (заряд і розряд за стандартних умов) у специфікаціях своїх потрійних елементів живлення. Однак після того, як акумулятори зібрані в акумуляторну батарею, через проблеми з консистенцією найважливіші фактори – це напруга та внутрішній опір. Рекомендоване вікно використання SOC становить 10%~ 90%. Не рекомендується глибока зарядка та розрядка, інакше це призведе до незворотного пошкодження позитивної та негативної структури акумулятора. Якщо це обчислюється за допомогою неглибокого заряду та неглибокого розряду, термін служби циклу буде щонайменше 1000 разів. Крім того, якщо літій-іонні акумулятори часто розряджаються у високошвидкісних та високотемпературних середовищах, термін служби батареї різко скоротиться до менш ніж 200 разів.

2. Менше обслуговування, менші витрати на використання

Сама батарея має низьку ціну за кіловат-годину, що є найбільш інтуїтивно зрозумілою вартістю. На додаток до вищезазначеного, чи дійсно низька вартість для користувачів, залежить від “вартості електроенергії за повний життєвий цикл”.

“Повна вартість життєвого циклу електроенергії”, загальна потужність літієвої батареї живлення множиться на кількість циклів, щоб отримати загальну кількість енергії, яку можна використати за повний життєвий цикл батареї, та загальну ціну акумулятор поділяють на цю суму, щоб отримати ціну за кіловат електроенергії за весь життєвий цикл.

Ціна акумулятора, про яку ми зазвичай говоримо, наприклад 1,500 юанів/кВт -год, базується лише на загальній енергії нового елемента акумулятора. Фактично, вартість електроенергії на одиницю життя є прямою вигодою кінцевого споживача. Найбільш інтуїтивно зрозумілий результат: якщо ви купуєте дві батареї з однаковою потужністю за тією ж ціною, одна з них закінчиться після 50 разів зарядки та розрядки, а інша може бути використана повторно після 100 разів зарядки та розрядки. Ці два акумулятори можна побачити з першого погляду, що дешевше.

Відверто кажучи, це довговічність, довговічність та скорочення витрат.

Окрім двох вищезазначених витрат, слід враховувати також вартість обслуговування акумулятора. Просто подумайте про початкову вартість, виберіть проблемну комірку, пізні витрати на обслуговування та вартість праці надто високі. Що стосується обслуговування самого акумуляторного елемента, важливо звернутись до ручного балансування. Вбудована функція вирівнювання BMS обмежена величиною власного розрахункового струму вирівнювання і може бути не в змозі досягти ідеального балансу між осередками. З накопиченням часу виникатиме проблема надмірної різниці тисків в акумуляторі. У таких ситуаціях доводиться проводити вирівнювання вручну, а акумуляторні батареї з занадто низькою напругою заряджаються окремо. Чим менша частота цієї ситуації, тим нижча вартість обслуговування.

3. Висока щільність енергії/велика щільність потужності

Щільність енергії відноситься до енергії, що міститься в одиниці ваги або одиниці об’єму; електрична енергія, що виділяється середнім одиничним об’ємом або масою акумулятора. Як правило, в тому ж обсязі щільність енергії літій-іонних акумуляторів у 2.5 рази перевищує щільність нікель-кадмієвих батарей і в 1.8 рази більше, ніж у нікель-водневих. Тому, коли ємність акумулятора рівна, літій-іонні батареї будуть кращими за нікель-кадмієві та нікель-водневі. Менший розмір і менша вага.

Щільність енергії акумулятора = ємність акумулятора × розрядна платформа/товщина акумулятора/ширина акумулятора/довжина акумулятора.

Щільність потужності – це значення максимальної потужності розряду на одиницю ваги або об’єму. У обмеженому просторі дорожніх транспортних засобів лише за рахунок збільшення щільності можна ефективно покращити загальну енергію та загальну потужність. Крім того, нинішні державні субсидії використовують щільність енергії та щільність електроенергії як поріг для вимірювання рівня субсидій, що ще більше посилює важливість щільності.

Однак існує певна суперечність між щільністю енергії та безпекою. Зі збільшенням щільності енергії безпека завжди буде стикатися з новими та складнішими викликами.

4. Висока напруга

Оскільки графітові електроди в основному використовуються в якості анодних матеріалів, напруга літій-іонних батарей визначається в основному характеристиками матеріалів катодних матеріалів. Верхня межа напруги літієвого фосфату заліза становить 3.6 В, а максимальна напруга потрійних літієвих та літієво-манганатних батарей становить близько 4.2 В (наступна частина пояснює, чому максимальна напруга літій-іонної батареї не може перевищувати 4.2 В ). Розвиток високовольтних акумуляторів-це технічний шлях для літій-іонних акумуляторів для збільшення щільності енергії. Для збільшення вихідної напруги елемента необхідний матеріал позитивного електрода з високим потенціалом, матеріал негативного електрода з низьким потенціалом та електроліт зі стабільною високою напругою.

5. Висока енергоефективність

Кулонівська ефективність, яка також називається ефективністю зарядки, відноситься до відношення ємності розряду акумулятора до ємності зарядки протягом того самого циклу. Тобто відсоток розряду питомої потужності для зарядки конкретної потужності.

Для позитивного матеріалу електрода це ємність введення літію/ємність делітію, тобто ємність розряду/ємність заряду; для матеріалу негативного електрода – це ємність для видалення літію/ємність для введення літію, тобто ємність для розряду/ємність заряду.

Під час процесу зарядки електрична енергія перетворюється в хімічну, а під час процесу розряду хімічна енергія перетворюється в електричну. Існує певна ефективність введення та виведення електричної енергії під час двох процесів перетворення, і ця ефективність безпосередньо відображає роботу акумулятора.

З точки зору професійної фізики, ефективність Кулона та енергоефективність різні. Один – це коефіцієнт електроенергії, а інший – коефіцієнт роботи.

Енергоефективність акумуляторної батареї та кулонівська ефективність, але з математичного виразу існує залежність напруги між ними. Середня напруга заряду і розряду не дорівнює, середня напруга розряду зазвичай менше середньої напруги заряду

Про продуктивність акумулятора можна судити за енергоефективністю акумулятора. За рахунок збереження енергії втрачена електрична енергія в основному перетворюється на теплову. Таким чином, за допомогою енергоефективності можна проаналізувати тепло, яке генерує акумулятор під час робочого процесу, а потім можна проаналізувати залежність між внутрішнім опором та теплом. І відомо, що енергоефективність може передбачити залишок енергії акумулятора та керувати раціональним використанням батареї.

Оскільки вхідна потужність часто не використовується для перетворення активного матеріалу в заряджений стан, але частина його витрачається (наприклад, відбуваються незворотні побічні реакції), тому ефективність Кулона часто становить менше 100%. Але що стосується сучасних літій-іонних акумуляторів, то ефективність Coulomb може в основному досягати 99.9% і вище.

Фактори, що впливають: розкладання електроліту, пасивація інтерфейсу, зміни структури, морфології та провідності активних матеріалів електродів знизять ефективність Кулона.

Крім того, варто згадати, що розпад акумулятора мало впливає на ефективність Кулона і має мало спільного з температурою.

Щільність струму відображає розмір струму, що проходить на одиницю площі. Зі збільшенням щільності струму струм, що проходить через стопку, зростає, ефективність напруги зменшується через внутрішній опір, а ефективність Кулона зменшується через поляризацію концентрації та інші причини. Врешті -решт призведе до зниження енергоефективності.

6. Хороші показники високої температури

Літій-іонні акумулятори мають хороші високотемпературні характеристики, що означає, що ядро ​​акумулятора знаходиться у середовищі з більш високою температурою, а позитивні та негативні матеріали акумулятора, сепаратори та електроліт також можуть підтримувати хорошу стабільність, можуть нормально працювати при високих температурах, а також життя не прискориться. Висока температура нелегко спричинити аварії з термічними втечами.

Температура літій-іонного акумулятора показує тепловий стан акумулятора, а суть його-результат генерування тепла та теплообміну літій-іонної батареї. Вивчення теплових характеристик літій-іонних акумуляторів, їх теплогенерації та теплопередачі в різних умовах може змусити нас усвідомити важливий шлях екзотермічних хімічних реакцій всередині літій-іонних батарей.

Небезпечна поведінка літій-іонних акумуляторів, включаючи перезарядку та надмірний розряд акумулятора, швидку зарядку та розрядку, коротке замикання, механічні порушення та температурний тепловий удар, може легко викликати небезпечні побічні реакції всередині акумулятора та генерувати тепло, безпосередньо знищуючи негативну та позитивні електроди Пасиваційна плівка на поверхні.

Коли температура осередку підвищується до 130 ° C, плівка SEI на поверхні негативного електрода розкладається, в результаті чого високоактивний літій-вуглецевий негативний електрод піддається впливу електроліту під час бурхливої ​​реакції окиснення-відновлення, а тепло це призводить до того, що акумулятор переходить у стан високого ризику.

Коли внутрішня температура акумулятора піднімається вище 200 ° C, пасивна плівка на поверхні позитивного електрода розкладає позитивний електрод для утворення кисню і продовжує бурхливо реагувати з електролітом, щоб генерувати велику кількість тепла і утворювати високий внутрішній тиск . Коли температура акумулятора досягає вище 240 ° C, це супроводжується бурхливою екзотермічною реакцією між негативним електродом вуглецю літію та сполучною речовиною.

Проблема температури літій-іонних акумуляторів має великий вплив на безпеку літій-іонних акумуляторів. У самому середовищі використання є певна температура, і температура літій -іонної батареї також з’явиться під час її використання. Важливо те, що температура матиме більший вплив на хімічну реакцію всередині літій-іонної батареї. Занадто висока температура може навіть пошкодити термін служби літій-іонної батареї, а у важких випадках це спричинить проблеми з безпекою літій-іонної батареї.

7. Хороші показники низької температури

Літій-іонні акумулятори мають хороші низькотемпературні характеристики, що означає, що при низьких температурах іони літію та електродні матеріали всередині акумулятора все ще підтримують високу активність, високу залишкову ємність, зменшення погіршення ємності розряду та велику допустиму швидкість зарядки.

Зі зниженням температури залишкова ємність літій-іонного акумулятора розпадається в прискореному режимі. Чим нижче температура, тим швидше зменшується ємність. Примусова зарядка при низьких температурах надзвичайно шкідлива, і дуже легко спричинити аварії з термічними втечами. При низьких температурах активність іонів літію та активних матеріалів електрода зменшується, а швидкість, з якою іони літію вводяться в матеріал негативного електрода, сильно зменшується. Коли зовнішнє джерело живлення заряджається на потужності, що перевищує допустиму потужність акумулятора, навколо негативного електрода накопичується велика кількість іонів літію, а іони літію, вбудовані в електрод, надто пізно, щоб отримати електрони, а потім безпосередньо осідають на Поверхня електрода утворює кристали елемента літію. Дендрит зростає, проникає безпосередньо в діафрагму і пробиває позитивний електрод. Викликає коротке замикання між позитивним і негативним електродами, що в свою чергу призводить до термічного вигорання.

На додаток до серйозного погіршення розрядної ємності, літій-іонні акумулятори не можна заряджати при низьких температурах. Під час низькотемпературної зарядки інтеркаляція іонів літію на графітовому електроді акумулятора та реакція покриття літієм співіснують і конкурують між собою. В умовах низької температури дифузія іонів літію в графіті гальмується, а провідність електроліту зменшується, що призводить до зменшення швидкості інтеркаляції та робить реакцію покриття літієм більш імовірною на поверхні графіту. Основними причинами зменшення терміну служби літій-іонних батарей при використанні при низьких температурах є збільшення внутрішнього імпедансу та погіршення ємності внаслідок випадання іонів літію.

8. Хороша безпека

Безпека літій-іонних акумуляторів включає не тільки стабільність внутрішніх матеріалів, а й ефективність допоміжних заходів безпеки акумуляторів. Безпека внутрішніх матеріалів стосується позитивних і негативних матеріалів, діафрагми та електроліту, які мають хорошу термічну стабільність, хорошу сумісність між електролітом та матеріалом електрода та хорошу вогнестійкість самого електроліту. Допоміжні заходи безпеки стосуються конструкції запобіжного клапана комірки, конструкції запобіжника, конструкції опору, чутливої ​​до температури, і чутливості відповідної. Після виходу з ладу однієї комірки вона може запобігти поширенню несправності та служити меті ізоляції.

9. Хороша консистенція

Завдяки “ефекту ствола” ми розуміємо важливість послідовності акумулятора. Послідовність відноситься до елементів живлення, що використовуються в одній батареї, ємність, напруга розімкнутого ланцюга, внутрішній опір, саморозряд та інші параметри надзвичайно малі, а продуктивність однакова. Якщо консистенція акумуляторної батареї з її відмінними характеристиками погана, її перевагу часто згладжується після формування групи. Дослідження показали, що ємність акумуляторної батареї після групування визначається найменшою осередком ємності, а термін служби акумуляторної батареї менший за термін служби найкоротшої осередку.