Các yêu cầu đối với pin lithium-ion chất lượng cao là gì? Nói chung, tuổi thọ cao, mật độ năng lượng cao và hiệu suất an toàn đáng tin cậy là những điều kiện tiên quyết để đo pin lithium-ion chất lượng cao. Pin Lithium-ion hiện được sử dụng trong tất cả các khía cạnh của cuộc sống hàng ngày, nhưng nhà sản xuất hoặc thương hiệu thì khác. Có một số khác biệt về tuổi thọ sử dụng và hiệu suất an toàn của pin lithium-ion, có liên quan chặt chẽ đến tiêu chuẩn quy trình sản xuất và vật liệu sản xuất; các điều kiện sau đây phải là điều kiện cho lithium-ion chất lượng cao;

1. Tuổi thọ dài

Tuổi thọ của pin phụ bao gồm hai chỉ số: tuổi thọ chu kỳ và tuổi thọ lịch. Tuổi thọ của pin có nghĩa là sau khi pin đã trải qua số chu kỳ mà nhà sản xuất cam kết, dung lượng còn lại vẫn lớn hơn hoặc bằng 80%. Tuổi thọ theo lịch có nghĩa là dung lượng còn lại không được ít hơn 80% trong khoảng thời gian mà nhà sản xuất đã cam kết, bất kể nó có được sử dụng hay không.

Tuổi thọ là một trong những chỉ số quan trọng của pin lithium năng lượng. Một mặt, hành động thay thế pin lớn thực sự gây phiền hà và trải nghiệm người dùng không tốt; mặt khác, về cơ bản, cuộc sống là một vấn đề chi phí.

Tuổi thọ của pin lithium-ion có nghĩa là dung lượng của pin giảm xuống mức dung lượng danh định (ở nhiệt độ phòng 25 ° C, áp suất khí quyển tiêu chuẩn và 70% dung lượng pin được xả ở 0.2C) sau một thời gian sử dụng , và cuộc đời có thể coi là hết cuộc đời. Trong ngành công nghiệp, tuổi thọ chu kỳ thường được tính bằng số chu kỳ sạc đầy và xả pin lithium-ion. Trong quá trình sử dụng, phản ứng điện hóa không thuận nghịch xảy ra bên trong pin lithium-ion dẫn đến giảm dung lượng như phân hủy chất điện phân, vật liệu hoạt động bị vô hiệu hóa, cấu trúc điện cực âm và dương bị sụp đổ. dẫn đến giảm số lượng xen kẽ các ion liti và giảm độ đậm đặc. Đợi đã. Thực nghiệm cho thấy tốc độ phóng điện cao hơn sẽ dẫn đến suy giảm công suất nhanh hơn. Nếu dòng phóng điện thấp, điện áp pin sẽ gần với điện áp cân bằng, có thể giải phóng nhiều năng lượng hơn.

Tuổi thọ lý thuyết của pin lithium-ion bậc ba là khoảng 800 chu kỳ, đây là mức trung bình trong số các loại pin lithium-ion có thể sạc lại được trên thị trường. Lithium iron phosphate là khoảng 2,000 chu kỳ, trong khi lithium titanate được cho là có thể đạt 10,000 chu kỳ. Hiện tại, các nhà sản xuất pin chính thống hứa hẹn hơn 500 lần (sạc và xả trong điều kiện tiêu chuẩn) trong các thông số kỹ thuật của các tế bào pin bậc ba của họ. Tuy nhiên, sau khi các pin được lắp ráp thành một bộ pin, do các vấn đề về tính nhất quán, các yếu tố quan trọng nhất là điện áp và nội trở. Điện trở không thể hoàn toàn giống nhau và vòng đời của nó là khoảng 400 lần. Cửa sổ sử dụng SOC được khuyến nghị là 10% ~ 90%. Không nên sạc và xả sâu, nếu không nó sẽ gây ra thiệt hại không thể phục hồi cho cấu trúc tích cực và tiêu cực của pin. Nếu tính theo điện tích cạn và phóng điện nông thì vòng đời ít nhất là 1000 lần. Ngoài ra, nếu pin lithium-ion thường xuyên được xả trong môi trường tốc độ cao và nhiệt độ cao, tuổi thọ của pin sẽ giảm mạnh xuống dưới 200 lần.

2. Bảo trì ít hơn, chi phí sử dụng thấp hơn

Bản thân pin có mức giá thấp cho mỗi kilowatt-giờ, đây là chi phí trực quan nhất. Ngoài những điều đã đề cập ở trên, đối với người sử dụng, chi phí có thực sự thấp hay không còn phụ thuộc vào “chi phí toàn bộ vòng đời của điện”.

“Chi phí cho toàn bộ vòng đời của pin”, tổng công suất của pin lithium nguồn được nhân với số chu kỳ để có tổng lượng điện có thể được sử dụng trong toàn bộ vòng đời của pin và tổng giá của bộ pin được chia cho tổng này để có giá mỗi kilowatt điện trong toàn bộ vòng đời.

Giá pin mà chúng ta thường nói đến, chẳng hạn như 1,500 nhân dân tệ / kWh, chỉ dựa trên tổng năng lượng của tế bào pin mới. Trên thực tế, chi phí điện trên một đơn vị tuổi thọ là lợi ích trực tiếp của khách hàng cuối cùng. Kết quả trực quan nhất là nếu bạn mua hai bộ pin có cùng công suất với cùng một mức giá, một bộ sẽ hết tuổi thọ sau 50 lần sạc và xả, và bộ còn lại có thể sử dụng lại sau 100 lần sạc và xả. Nhìn sơ qua có thể thấy hai bộ pin này rẻ hơn.

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

Ngoài hai chi phí trên, chi phí bảo dưỡng ắc quy cũng cần được quan tâm. Đơn giản chỉ cần xem xét chi phí ban đầu, chọn ô có vấn đề, chi phí bảo trì sau này và chi phí nhân công quá cao. Liên quan đến việc bảo trì chính tế bào pin, điều quan trọng là phải tham khảo cân bằng thủ công. Chức năng cân bằng tích hợp của BMS bị giới hạn bởi kích thước của dòng cân bằng thiết kế của riêng nó và có thể không đạt được sự cân bằng lý tưởng giữa các ô. Theo thời gian tích tụ, vấn đề chênh lệch áp suất quá mức trong bộ pin sẽ xảy ra. Trong những tình huống như vậy, việc cân bằng thủ công phải được thực hiện và các tế bào pin có điện áp quá thấp được sạc riêng. Tần suất xảy ra tình trạng này càng thấp thì chi phí bảo trì càng giảm.

3. Mật độ năng lượng cao / mật độ năng lượng cao

Mật độ năng lượng đề cập đến năng lượng chứa trong một đơn vị trọng lượng hoặc một đơn vị thể tích; năng lượng điện được giải phóng bằng đơn vị thể tích hoặc khối lượng trung bình của pin. Nói chung, trong cùng một thể tích, mật độ năng lượng của pin lithium-ion gấp 2.5 lần so với pin niken-cadmium và 1.8 lần so với pin niken-hydro. Do đó, khi dung lượng pin bằng nhau, pin lithium-ion sẽ tốt hơn pin nickel-cadmium và nickel-hydro. Kích thước nhỏ hơn và trọng lượng nhẹ hơn.

Mật độ năng lượng pin = dung lượng pin × nền xả / độ dày pin / chiều rộng pin / chiều dài pin.

Mật độ công suất đề cập đến giá trị của công suất phóng điện tối đa trên một đơn vị trọng lượng hoặc thể tích. Trong không gian hạn chế của các phương tiện giao thông đường bộ, chỉ bằng cách tăng mật độ, năng lượng tổng thể và sức mạnh tổng thể mới có thể được cải thiện một cách hiệu quả. Ngoài ra, trợ cấp của nhà nước hiện tại sử dụng mật độ năng lượng và mật độ điện năng làm ngưỡng để đo lường mức trợ cấp, điều này càng làm tăng thêm tầm quan trọng của mật độ.

Tuy nhiên, có một sự mâu thuẫn nhất định giữa mật độ năng lượng và độ an toàn. Khi mật độ năng lượng tăng lên, an toàn sẽ luôn đối mặt với những thách thức mới hơn và khó khăn hơn.

4. Điện áp cao

Vì các điện cực graphit về cơ bản được sử dụng làm vật liệu cực dương, nên điện áp của pin lithium-ion chủ yếu được xác định bởi các đặc tính vật liệu của vật liệu làm cực âm. Giới hạn trên của điện áp lithium iron phosphate là 3.6V và điện áp tối đa của pin lithium và lithium manganate bậc ba là khoảng 4.2V (phần tiếp theo sẽ giải thích Tại sao điện áp tối đa của pin Li-ion không thể vượt quá 4.2V ). Sự phát triển của pin điện áp cao là một lộ trình kỹ thuật để pin lithium-ion tăng mật độ năng lượng. Để tăng điện áp đầu ra của tế bào, cần phải có vật liệu điện cực dương có điện thế cao, vật liệu điện cực âm có điện thế thấp và chất điện phân có điện thế cao ổn định.

5. Hiệu quả năng lượng cao

Hiệu suất Coulomb, còn được gọi là hiệu suất sạc, đề cập đến tỷ lệ giữa dung lượng xả của pin và dung lượng sạc trong cùng một chu kỳ. Đó là, phần trăm công suất cụ thể xả để tính công suất cụ thể.

Đối với vật liệu điện cực dương, đó là khả năng chèn lithium / dung lượng delithium, tức là khả năng phóng điện / công suất sạc; đối với vật liệu làm điện cực âm, đó là khả năng loại bỏ lithium / khả năng chèn lithium, tức là khả năng phóng điện / khả năng sạc.

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.

Hiệu suất năng lượng của pin lưu trữ và hiệu suất Coulomb, nhưng từ biểu thức toán học, có một mối quan hệ hiệu điện thế giữa chúng. Điện áp trung bình của điện tích và phóng điện không bằng nhau, điện áp trung bình của phóng điện nói chung nhỏ hơn điện áp trung bình của điện tích

Hiệu suất của pin có thể được đánh giá bằng hiệu suất năng lượng của pin. Từ sự bảo toàn cơ năng, điện năng mất đi chủ yếu được chuyển thành nhiệt năng. Do đó, hiệu suất năng lượng có thể phân tích nhiệt lượng do pin tỏa ra trong quá trình làm việc, sau đó có thể phân tích mối quan hệ giữa nội trở và nhiệt lượng. Và người ta biết rằng hiệu suất năng lượng có thể dự đoán năng lượng còn lại của pin và quản lý việc sử dụng pin hợp lý.

Vì nguồn điện đầu vào thường không dùng để chuyển vật chất hoạt động sang trạng thái tích điện mà tiêu hao một phần (ví dụ xảy ra phản ứng phụ không thuận nghịch) nên hiệu suất Coulomb thường nhỏ hơn 100%. Nhưng đối với các loại pin lithium-ion hiện tại, hiệu suất của Coulomb về cơ bản có thể đạt 99.9% trở lên.

Các yếu tố ảnh hưởng: sự phân hủy chất điện phân, sự thụ động bề mặt, sự thay đổi cấu trúc, hình thái và độ dẫn điện của vật liệu hoạt động điện cực sẽ làm giảm hiệu suất Coulomb.

Ngoài ra, điều đáng nói là sự phân rã của pin ít ảnh hưởng đến hiệu suất Coulomb và ít liên quan đến nhiệt độ.

Mật độ dòng điện phản ánh kích thước của dòng điện đi qua trên một đơn vị diện tích. Khi mật độ dòng điện tăng lên, dòng điện chạy qua ngăn xếp tăng lên, hiệu suất điện áp giảm do nội trở và hiệu suất Coulomb giảm do phân cực nồng độ và các lý do khác. Cuối cùng dẫn đến giảm hiệu suất năng lượng.

6. Hiệu suất nhiệt độ cao tốt

Pin Lithium-ion có hiệu suất nhiệt độ cao tốt, có nghĩa là lõi pin ở trong môi trường nhiệt độ cao hơn, và các vật liệu tích cực và tiêu cực của pin, bộ phân tách và chất điện phân cũng có thể duy trì sự ổn định tốt, có thể hoạt động bình thường ở nhiệt độ cao và cuộc sống sẽ không được tăng tốc. Nhiệt độ không cao dễ gây ra tai nạn thoát nhiệt.

Nhiệt độ của pin lithium-ion cho biết trạng thái nhiệt của pin, và bản chất của nó là kết quả của quá trình sinh nhiệt và truyền nhiệt của pin lithium-ion. Nghiên cứu các đặc tính nhiệt của pin lithium-ion, cũng như các đặc điểm sinh nhiệt và truyền nhiệt của chúng trong các điều kiện khác nhau, có thể giúp chúng ta nhận ra cách quan trọng của các phản ứng hóa học tỏa nhiệt bên trong pin lithium-ion.

Các hành vi không an toàn của pin lithium-ion, bao gồm sạc quá mức và xả quá mức, sạc và xả nhanh, đoản mạch, điều kiện lạm dụng cơ học và sốc nhiệt ở nhiệt độ cao, có thể dễ dàng kích hoạt các phản ứng phụ nguy hiểm bên trong pin và tạo ra nhiệt, trực tiếp phá hủy cực âm và điện cực dương Màng thụ động trên bề mặt.

Khi nhiệt độ tế bào tăng lên đến 130 ° C, màng SEI trên bề mặt của điện cực âm bị phân hủy, làm cho điện cực âm lithium carbon hoạt tính cao tiếp xúc với chất điện phân trải qua phản ứng oxy hóa-khử dữ dội và nhiệt độ xảy ra làm cho pin rơi vào trạng thái có nguy cơ cao.

Khi nhiệt độ bên trong pin tăng trên 200 ° C, màng thụ động trên bề mặt điện cực dương phân hủy điện cực dương để tạo ra oxy, và tiếp tục phản ứng dữ dội với chất điện phân để tạo ra một lượng nhiệt lớn và tạo thành áp suất bên trong cao. . Khi nhiệt độ của pin đạt trên 240 ° C, nó đi kèm với một phản ứng tỏa nhiệt dữ dội giữa điện cực âm lithium carbon và chất kết dính.

Vấn đề nhiệt độ của pin lithium-ion có ảnh hưởng lớn đến sự an toàn của pin lithium-ion. Môi trường sử dụng bản thân nó có một nhiệt độ nhất định và nhiệt độ của pin lithium ion cũng sẽ xuất hiện khi nó được sử dụng. Điều quan trọng là nhiệt độ sẽ có tác động lớn hơn đến phản ứng hóa học bên trong pin lithium-ion. Nhiệt độ quá cao thậm chí có thể làm hỏng tuổi thọ sử dụng của pin lithium-ion và trong trường hợp nghiêm trọng, nó sẽ gây ra các vấn đề về an toàn cho pin lithium-ion.

7. Hiệu suất nhiệt độ thấp tốt

Pin Lithium-ion có hiệu suất ở nhiệt độ thấp tốt, có nghĩa là ở nhiệt độ thấp, các ion lithium và vật liệu điện cực bên trong pin vẫn duy trì hoạt động cao, dung lượng dư cao, giảm suy giảm dung lượng xả và tốc độ sạc lớn cho phép.

Khi nhiệt độ giảm xuống, dung lượng còn lại của pin lithium-ion giảm dần thành tình trạng tăng tốc. Nhiệt độ càng thấp thì khả năng phân rã càng nhanh. Việc buộc phải sạc ở nhiệt độ thấp là cực kỳ có hại và rất dễ gây ra tai nạn thoát nhiệt. Ở nhiệt độ thấp, hoạt động của các ion liti và vật liệu hoạt động điện cực giảm, và tốc độ các ion liti được đưa vào vật liệu điện cực âm bị giảm nghiêm trọng. Khi nguồn điện bên ngoài được sạc ở mức công suất vượt quá công suất cho phép của pin, một lượng lớn các ion liti sẽ tích tụ xung quanh điện cực âm và các ion liti được nhúng trong điện cực quá trễ để nhận được các điện tử và sau đó trực tiếp lắng đọng trên bề mặt của điện cực để tạo thành các tinh thể nguyên tố liti. Dendrite phát triển, xuyên qua trực tiếp màng ngăn và xuyên qua điện cực dương. Gây đoản mạch giữa điện cực dương và điện cực âm, từ đó dẫn đến hiện tượng thoát nhiệt.

Ngoài khả năng phóng điện suy giảm nghiêm trọng, pin lithium-ion không thể sạc ở nhiệt độ thấp. Trong quá trình sạc ở nhiệt độ thấp, sự xen kẽ của các ion lithium trên điện cực than chì của pin và phản ứng mạ lithium cùng tồn tại và cạnh tranh với nhau. Trong điều kiện nhiệt độ thấp, sự khuếch tán của các ion liti trong graphit bị ức chế, và độ dẫn điện của chất điện phân giảm, dẫn đến giảm tốc độ xen phủ và làm cho phản ứng mạ liti dễ xảy ra trên bề mặt graphit. Những lý do chính khiến tuổi thọ của pin lithium-ion giảm khi sử dụng ở nhiệt độ thấp là do trở kháng bên trong tăng lên và công suất bị suy giảm do sự kết tủa của các ion lithium.

8. Bảo mật tốt

Sự an toàn của pin lithium-ion không chỉ bao gồm sự ổn định của vật liệu bên trong mà còn bao gồm hiệu quả của các biện pháp phụ trợ an toàn cho pin. Sự an toàn của vật liệu bên trong đề cập đến các vật liệu tích cực và tiêu cực, màng ngăn và chất điện phân, có tính ổn định nhiệt tốt, khả năng tương thích tốt giữa chất điện phân và vật liệu điện cực, và khả năng chống cháy tốt của chính chất điện phân. Các biện pháp phụ trợ an toàn đề cập đến thiết kế van an toàn của ngăn, thiết kế cầu chì, thiết kế điện trở nhạy cảm với nhiệt độ và độ nhạy phù hợp. Sau khi một ô duy nhất bị lỗi, nó có thể ngăn lỗi lây lan và phục vụ mục đích cô lập.

9. Tính nhất quán tốt

Thông qua “hiệu ứng thùng”, chúng tôi hiểu tầm quan trọng của tính nhất quán của pin. Tính nhất quán đề cập đến các tế bào pin được sử dụng trong cùng một bộ pin, dung lượng, điện áp hở mạch, nội trở, khả năng tự phóng điện và các thông số khác là cực kỳ nhỏ và hiệu suất tương tự nhau. Nếu tính nhất quán của tế bào pin với hiệu suất tuyệt vời của chính nó không tốt, thì tính ưu việt của nó thường bị xóa mờ sau khi nhóm được thành lập. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng dung lượng của bộ pin sau khi phân nhóm được xác định bởi ô có dung lượng nhỏ nhất, và tuổi thọ của bộ pin nhỏ hơn tuổi thọ của ô ngắn nhất.