Išsami ličio baterijų analizė: nuo pagrindų iki gamybos, struktūros, procesų, pritaikymo būdų ir pramonės tendencijų

Ličio baterijos jau seniai buvo „energijos šerdis“ tokiuose sektoriuose kaip plataus vartojimo elektronika, naujos energijos transporto priemonės, energijos kaupimo sistemos ir net mažo{0} aukščio ekonomika. Nuo mažų įrenginių, tokių kaip mobilieji telefonai ir nešiojamieji kompiuteriai, iki didelės- masto įrangos, tokios kaip elektrinės transporto priemonės ir energijos kaupimo jėgainės, jų veikimas tiesiogiai lemia įrangos patvarumą, saugos lygį ir tarnavimo laiką. Šiame straipsnyje išsamiai išardomas šis svarbus energijos komponentas, apžvelgiama jo pagrindinė sudėtis, pranašumų ir trūkumų palyginimas, klasifikavimo sistema, profesinė terminija, pavadinimų suteikimo taisyklės, taip pat visas gamybos procesas ir pramonės praktika, atskleidžiant jums technines ličio baterijų paslaptis.

I. Pagrindinė ličio baterijų sudėtis: „širdies“ ir „smegenų“ sinergija

Stabilus ličio baterijos veikimas priklauso nuo dviejų pagrindinių sistemų: „energijos tiekimo“ ir „saugos kontrolės“ sinergijos. Tiksliau, jį galima suskirstyti į dvi dalis: akumuliatoriaus elementą ir apsaugos plokštę (arba BMS), kurių kiekviena atlieka nepakeičiamą funkciją.

1. Baterijos elementas: ličio baterijų „energetinė širdis“.

Akumuliatoriaus elementas yra elektros energijos kaupimo ir išleidimo šerdis, prilygstanti ličio akumuliatoriaus „širdžiai“. Jo veikimas tiesiogiai lemia energijos tankį, ciklo tarnavimo laiką ir akumuliatoriaus saugumą. Baterijos elementą daugiausia sudaro 5 pagrindiniai komponentai:

Katodinė medžiaga: energijos išėjimo „šaltinis“, kuris iškrovimo metu išskiria ličio jonus. Įprastos medžiagos yra ličio kobalto oksidas (LiCoO₂, naudojamas plataus vartojimo elektronikoje, pvz., mobiliuosiuose telefonuose ir nešiojamuosiuose kompiuteriuose, pasižymintis aukštos įtampos platforma, bet silpnas saugumas), ličio geležies fosfatas (LiFePO₄, naudojamas energijos kaupimui ir elektrinėse transporto priemonėse, pasižymintis dideliu saugumu ir ilgaamžiškumu), trijų dalių litis (naudojamas aukšto lygio LiNi{n_CozႧ, elektrinės transporto priemonės, pasižyminčios dideliu energijos tankiu) ir ličio manganatas (LiMn₂O4, naudojamas elektriniuose įrankiuose, pigus, bet prastas aukštos temperatūros stabilumas).

Anodo medžiaga: energijos kaupimo „sandėlis“, kuris įkrovimo metu adsorbuoja ličio jonus ir iškrovimo metu siunčia juos atgal į katodą. Šiuo metu grafitas yra pagrindinis (su mažomis sąnaudomis ir geru stabilumu, kuris sudaro daugiau nei 90 % anodo medžiagų rinkos). Naujos kartos silicio -anodai (kurių teorinė talpa daugiau nei 10 kartų didesnė nei grafito) pamažu parduodami, o ličio metalo anodai vis dar yra tyrimų ir plėtros stadijoje dėl dendrito problemų.

Elektrolitas: Ličio jonų migracijos „kanalas“, paprastai sudarytas iš ličio druskos (pvz., LiPF₆, teikiančios ličio jonus), organinių tirpiklių (pvz., karbonatų, tirpinančių ličio druskas) ir priedų (pagerinančių ciklo trukmę ir saugumą). Jo grynumas ir stabilumas tiesiogiai veikia akumuliatoriaus veikimą aukštoje ir žemoje{5}}temperatūroje bei saugos lygį. Pavyzdžiui, per didelė drėgmė reaguos su ličio druskomis ir sudarys kenksmingas dujas, o tai gali sukelti pavojų saugai.

Atskyriklis: „saugos barjeras“ tarp katodo ir anodo, porėta polimero plėvelė (daugiausia polietileno PE ir polipropileno PP). Jis gali ne tik užkirsti kelią tiesioginiam kontaktui ir trumpajam jungimui tarp katodo ir anodo, bet ir leisti prasiskverbti ličio jonams. Aukštos-kokybės separatoriai turi turėti vienodą porų dydį, turėti pakankamą mechaninį stiprumą ir cheminį stabilumą. Esant aukštai temperatūrai, jie taip pat gali blokuoti jonų perdavimą per „išjungimo efektą“, kad išvengtų terminio pabėgimo.

Lukštas: Akumuliatoriaus elemento „apsauginis dangtelis“, pagal formą padalintas į aliuminio apvalkalą (prizminės baterijos, pvz., mobiliųjų telefonų baterijos), plieninį apvalkalą (cilindrinės baterijos, pvz., 18650) ir aliuminio -plastikinę kompozicinę plėvelę (baterijos, pvz., ploni mobilieji telefonai ir nešiojami įrenginiai). Korpusas turi turėti -sprogimui atsparių, aukštai-temperatūrai ir korozijai-atsparių savybių, taip pat būti kuo lengvesnis, kad padidėtų akumuliatoriaus energijos tankis.

2. Apsaugos taryba: ličio baterijų „saugos smegenys“.

Jei akumuliatoriaus elementas yra „energijos širdis“, apsaugos plokštė yra „saugos smegenys“, atsakingos už akumuliatoriaus įkrovimo ir iškrovimo būsenos stebėjimą, kad būtų išvengta tokių pavojų kaip perkrovimas, per{0}}išsikrovimas ir trumpasis jungimas. Maitinimo baterijų apsaugos plokštė paprastai vadinama sudėtingesnės struktūros baterijų valdymo sistema (BMS), o vartotojų baterijų (pvz., mobiliųjų telefonų baterijų) apsaugos plokštė yra gana supaprastinta. Pagrindiniai komponentai apima:

Apsaugos lustas / valdymo lustas: pagrindinis valdymo blokas, kuris realiuoju laiku{0}}stebi akumuliatoriaus įtampą, srovę ir temperatūrą. Kai aptinkami sutrikimai (pvz., perkrovimas, kai įtampa viršija 4,2 V, per{5}}iškrovimas, kai įtampa mažesnė nei 3,0 V), suveikia apsaugos mechanizmas.

MOSFET: Srovės „jungiklis“, kuris pagal lusto nurodymus išjungia arba veda įkrovimo ir iškrovimo grandinę. Pavyzdžiui, perkrovimo metu MOSFET atjungia įkrovimo kelią, kad būtų išvengta akumuliatoriaus elementų pažeidimo.

Rezistoriai ir kondensatoriai: pagalbiniai komponentai, naudojami srovės atrankai ir įtampos filtravimui, siekiant užtikrinti aptikimo duomenų tikslumą.

PCB plokštė: Komponentų „nešiklis“, integruojantis lustus, MOSFET ir kitas dalis, kad būtų sukurta stabili grandinės sistema.

PTC/NTC: Apsaugos nuo temperatūros komponentai. PTC (teigiamo temperatūros koeficiento termistorius) smarkiai padidina atsparumą aukštoje temperatūroje, kad apribotų srovę; NTC (neigiamo temperatūros koeficiento termistorius) realiu laiku suvokia temperatūrą ir pateikia lusto temperatūros duomenis.

II. Ličio baterijų privalumai ir trūkumai: kodėl jie gali tapti pagrindiniu energijos šaltiniu?

Dėl išskirtinių našumo pranašumų ličio baterijos gali pakeisti švino -rūgšties, nikelio-kadmio ir nikelio-metalo hidrido baterijas ir tapti pirmuoju pasirinkimu buitinės elektronikos ir naujos energijos srityse, tačiau jos taip pat turi neabejotinų trūkumų. Mes galime intuityviai suprasti ličio baterijų padėtį horizontaliai palyginę keturis pagrindinių baterijų tipus:

1. Pagrindiniai pranašumai: kodėl ličio baterijos yra nepakeičiamos?

Didelis energijos tankis: gravimetrinės energijos tankis yra 4-8 kartus didesnis nei švino-rūgštinių baterijų, o tūrinis energijos tankis yra 4-5 kartus didesnis nei švino rūgšties akumuliatorių. Tai reiškia, kad ličio baterijos gali sukaupti daugiau elektros energijos tuo pačiu svoriu / tūriu. Pavyzdžiui, 1900mAh talpos mobiliojo telefono ličio baterija sveria tik apie 20g, o tokios pat talpos švino-rūgšties baterija sveria daugiau nei 1kg, o tai visiškai netinkama nešiojamiems įrenginiams.

Ilgas ciklo gyvenimas: aukštos{0}}kokybės ličio baterijos gali veikti daugiau nei 1500 ciklų, o ličio geležies fosfato baterijos gali net viršyti 6000 ciklų, o švino-rūgštiniai akumuliatoriai turi tik 200-300 ciklų. Pavyzdžiui, elektra varomų automobilių modeliai su ličio jonų akumuliatoriais tarnauja 5–8 metus, o tai gerokai viršija 1–2 metus švino rūgšties akumuliatorių.

Nekenksmingas aplinkai ir neteršiantis-: Jame nėra toksiškų sunkiųjų metalų, tokių kaip švinas, gyvsidabris ir kadmis, jis yra nekenksmingas aplinkai per visą gamybos, naudojimo ir išmetimo gyvavimo ciklą, atitinkantis pasaulinę „dvigubos anglies“ tendenciją. Priešingai, švino -rūgštinių baterijų ir kadmio tarša iš nikelio-kadmio baterijų daugelyje šalių buvo apribota.

Žemas savaiminio{0}}iškrovimo rodiklis: mėnesinis savaiminio-iškrovimo rodiklis yra tik 2 %-9 %, daug mažesnis nei 20 %-30 % nikelio-metalo hidrido akumuliatorių. Visiškai įkrautas mobiliojo telefono ličio akumuliatorius vis tiek gali išlaikyti daugiau nei 80 % energijos po to, kai vieną mėnesį nenaudojamas, o nikelio-metalo hidrido akumuliatoriuje gali likti tik 50 %.

Aukštos įtampos platforma: vieno elemento vardinė įtampa yra 3,2-3,7 V, atitinkanti 3 nikelio-kadmio/nikelio-metalo hidrido baterijų serijinę įtampą. Jis gali atitikti įrangos reikalavimus be kelių serijinių jungčių, supaprastindamas akumuliatoriaus dizainą.

2. Pagrindiniai trūkumai: kokias problemas dar reikia išspręsti?

Didelė kaina: Akumuliatoriaus kaina yra apie 2,0-3,5 CNY už Wh, 2-5 kartus daugiau nei švino rūgšties akumuliatorių. Nors dėl didelio masto gamybos jis palaipsniui mažėja, jis vis dar yra pagrindinis naujų energiją naudojančių transporto priemonių ir energijos kaupimo sistemų išlaidų straipsnis.

Prastas prisitaikymas prie temperatūros: Optimali darbo temperatūra yra 0-45 laipsniai. Kai temperatūra žemesnė nei 0 laipsnių, talpa smarkiai sumažėja (pvz., esant -20 laipsnių, galios gali likti tik 50%); kai temperatūra viršija 60 laipsnių, kyla pavojus saugumui. Reikia konfigūruoti papildomas šildymo/vėsinimo sistemas, todėl didėja išlaidos ir sudėtingumas.

Pavojai saugai: Skysti elektrolitai yra degūs. Jei apsaugos sistema sugenda (pvz., perkrovimas, pradūrimas, išspaudimas), tai gali sukelti terminį nutekėjimą, dėl kurio gali kilti gaisras ir sprogimas. Todėl ličio akumuliatoriai turi būti su BMS arba apsauginėmis plokštėmis ir negali būti naudojami „nuogi“ kaip švino -rūgšties akumuliatoriai.

Aukšti įkroviklių reikalavimai: norint užtikrinti stabilų įkrovimo procesą ir išvengti perkrovimo, reikalingi nuolatinės srovės ir nuolatinės įtampos įkrovikliai, o švino{0}}rūgštiniams akumuliatoriams reikia tik paprasto įtampos reguliatoriaus, o įkroviklio kaina yra mažesnė.

III. Ličio baterijų klasifikavimo sistema: kaip pasirinkti įvairiems scenarijams?

Yra daugybė ličio baterijų tipų, kurias galima suskirstyti į kelias kategorijas pagal skirtingus matmenis. Įvairių kategorijų baterijos turi didelių veikimo skirtumų ir yra tinkamos įvairiems scenarijams. Klasifikavimo logikos įsisavinimas gali padėti geriau suprasti, „kodėl kobalto ličio baterijos naudojamos mobiliuosiuose telefonuose, o ličio geležies fosfato / trinarės ličio baterijos – elektromobiliuose“.

1. Pagal įkrovimo ir iškrovimo charakteristikas: pirminės ir antrinės baterijos

Pirminės (ne{0}}įkraunamos) baterijos: taip pat žinomos kaip ličio pirminės baterijos, pvz., ličio mangano dioksido baterijos (CR2032 mygtukų baterijos, naudojamos nuotolinio valdymo pultuose ir laikrodžiuose) ir ličio -tionilchlorido baterijos (naudojamos daiktų interneto įrenginiuose ir medicininiuose implantuojamuose instrumentuose). Jiems būdinga didelė talpa ir ilgas saugojimo laikas (iki 10 metų), tačiau jų negalima įkrauti, o panaudojus jie išmetami.

Antrinės (įkraunamos) baterijos: Taip pat žinomi kaip akumuliatoriai, jie yra dažniausiai naudojami kasdieniame gyvenime, pavyzdžiui, mobiliųjų telefonų baterijos ir elektromobilių akumuliatoriai. Jas galima pakartotinai įkrauti ir iškrauti 500-1500 kartų. Šerdis yra grįžtamoji „ličio jonų migracijos tarp katodo ir anodo“ reakcija, kuri taip pat yra šio straipsnio akcentas.

2. Pagal katodo medžiagą: pagrindinių baterijų našumo nustatymas

Tai yra pagrindinis klasifikavimo metodas, o katodo medžiaga tiesiogiai lemia akumuliatoriaus energijos tankį, saugumą ir kainą:

Ličio kobalto oksidas (LiCoO₂): Didelis energijos tankis (200–250 Wh/kg), aukštos įtampos platforma (3,7 V), tačiau prastas saugumas ir trumpas veikimo laikas (500–800 ciklų), daugiausia naudojamas plataus vartojimo elektronikoje, pavyzdžiui, mobiliuosiuose telefonuose ir nešiojamuosiuose kompiuteriuose.

Ličio geležies fosfatas (LiFePO₄): Itin aukštas saugumas (šiluminė temperatūra viršija 200 laipsnių), ilgas ciklas (1500{3}}6000 ciklų), maža kaina, bet mažas energijos tankis (120-180Wh/kg), daugiausia naudojamas energijos kaupimo sistemose, elektriniuose autobusuose ir žemos klasės elektrinėse transporto priemonėse.

Trečias litis (LiNiₓCoᵧMn_zO₂): Didelis energijos tankis (200-300 Wh/kg), geras našumas žemoje-temperatūrose, tačiau vidutinis saugumas ir didelė kaina. Jis skirstomas į NCM523, NCM622 ir NCM811 pagal nikelio kiekį (kuo didesnis nikelio kiekis, tuo didesnis energijos tankis), daugiausia naudojamas aukščiausios klasės elektrinėse transporto priemonėse ir dronuose.

Ličio manganatas (LiMn₂O4): maža kaina, geras aukštos -temperatūros stabilumas, bet mažas energijos tankis (100-150 Wh/kg) ir trumpas veikimo laikas (300–500 ciklų), dažniausiai naudojamas elektriniuose įrankiuose ir mažo greičio elektrinėse transporto priemonėse.

3. Pagal formą: prisitaikymas prie skirtingos įrangos erdvės

Cilindrinės baterijos: Tokie kaip 18650 (18 mm skersmens, 65 mm aukščio) ir 21700 (21 mm skersmens, 70 mm aukščio), su stabilia struktūra ir dideliu masinės gamybos efektyvumu, daugiausia naudojami nešiojamuosiuose kompiuteriuose ir elektrinėse transporto priemonėse (pvz., Ankstyvieji Tesla modeliai naudojo 18650, o vėliau perėjo į 21700).

Prizminės baterijos: Tokios kaip mobiliųjų telefonų baterijos (3–5 mm storio, 40–60 mm pločio) ir elektrinių transporto priemonių akumuliatoriai (10–20 mm storio, 100–200 mm pločio), pasižymintys dideliu vietos panaudojimo rodikliu ir gali būti pritaikyti pagal įrangos dydį, kuris šiuo metu yra pagrindinė elektrinių transporto priemonių forma.

Maišelio baterijos: apklijuoti aliuminio -plastiko kompozicine plėvele, jie gali būti itin ploni (0,5–2 mm storio) ir lankstūs, dažniausiai naudojami plonuose mobiliuosiuose telefonuose, nešiojamuose įrenginiuose (pvz., išmaniuosiuose laikrodžiuose) ir sulankstomuose mobiliuosiuose telefonuose.

4. Pagal elektrolito būseną: skystis vs polimeras

Ličio jonų baterijos (LIB): Naudojami skysti elektrolitai, turintys didelį energijos tankį ir mažą kainą, tačiau yra nuotėkio pavojus. Šiai kategorijai priklauso dauguma cilindrinių ir prizminių -kietojo apvalkalo baterijų.

Polimerinės ličio baterijos (PLB): Naudojant gelį arba kietus elektrolitus, be nuotėkio pavojaus ir galima lanksčiai deformuotis. Dauguma maišelių baterijų priklauso šiai kategorijai, daugiausia naudojamos plataus vartojimo elektronikoje.

5. Pagal taikymą: įprastos baterijos, palyginti su maitinimo elementais

Įprastos baterijos: Naudojamas plataus vartojimo elektronikoje, pvz., mobiliuosiuose telefonuose ir nešiojamuosiuose kompiuteriuose, mažos talpos (1000 mAh–10 Ah) ir mažo iškrovimo laipsnio (0,5–2 °C), reikalaujantis didelio energijos tankio.

Maitinimo baterijos: Naudojamas elektrinėse transporto priemonėse ir dronuose, turinčiose didelę talpą (50Ah-500Ah) ir didelį iškrovos greitį (5-30C), turinčios atlaikyti didelę srovės iškrovą (pvz., kai automobilis įsibėgėja), todėl reikalingas didesnis saugumas ir ciklo tarnavimo laikas.

IV. Esminė ličio baterijų terminija: sąvokų atskyrimas nuo talpos iki SOC

Pirkdami arba naudodami ličio baterijas dažnai susidursite su tokiais terminais kaip „talpa“, „C{0}}rate“ ir „SOC“. Šių sąvokų supratimas gali padėti tiksliai įvertinti akumuliatoriaus našumą ir išvengti klaidinimo dėl „klaidingai pažymėtų parametrų“.

1. Talpa: kiek elektros galima laikyti akumuliatoriuje?

Apibrėžimas: elektros energijos kiekis, kurį akumuliatorius gali išleisti tam tikromis iškrovos sąlygomis, apskaičiuojamas pagal formulę Q=I × t (I yra srovė, t yra laikas), naudojant Ah (amper-valanda) arba mAh (miliamperas{2}}valanda) vienetus.

Paprastas paaiškinimas: 1Ah reiškia, kad akumuliatorius gali išsikrauti esant 1A srovei 1 valandą, o 1mAh reiškia, kad jis gali išsikrauti esant 1A srovei 1 valandą. Pavyzdžiui, 1900 mAh talpos mobiliojo telefono baterija reiškia, kad ji gali išsikrauti esant 190 mA srovei 10 valandų.

Dažni scenarijai: Mobiliojo telefono baterijos: 800-1900mAh; elektriniai dviračiai: 10-20Ah; elektromobiliai: 20-200Ah; energijos kaupimo akumuliatoriai: 100-1000Ah.

2. Įkrovimo / iškrovimo greitis (C-rate): koks greitas įkrovimas / iškrovimas?

Apibrėžimas: įkrovimo / iškrovimo srovė, išreikšta vardinės akumuliatoriaus talpos kartotiniu . 1C yra srovė, skirta „visiškai įkrauti / iškrauti per 1 valandą“.

Skaičiavimo metodas: jei akumuliatoriaus talpa yra 1500 mAh, 1C=1500mA, 2C=3000mA (visiškai išsikrauna per 0,5 val.), 0,1 C=150mA (visiškai išsikrauna per 10 valandų).

Pastabos: Kuo didesnis iškrovimo greitis, tuo mažesnė tikroji akumuliatoriaus talpa (pvz., talpa esant 2C iškrovai gali būti tik 80% nuo 1C iškrovos), ir tuo rimtesnė šilumos gamyba. Todėl baterijos turi turėti didelį -iškrovos greitį (pvz., elektrinėms transporto priemonėms reikia daugiau nei 5 °C).

3. Įtampa (OCV): baterijų „įtampos platforma“.

Nominali įtampa: nominali akumuliatoriaus įtampa. Įprastos ličio baterijos yra 3,2–3,7 V (ličio kobalto oksidas: 3,7 V; ličio geležies fosfatas: 3,2 V), o tai yra svarbus akumuliatoriaus veikimo rodiklis.

Atviros grandinės įtampa (OCV): Akumuliatoriaus įtampa, kai nėra prijungta apkrova, pagal kurią galima spręsti apie akumuliatoriaus būseną (pvz., visiškai įkrauto ličio kobalto oksido akumuliatoriaus OCV yra apie 4,2 V ir apie 3,0 V, kai nėra maitinimo).

Įtampos platforma: Stabilus įtampos diapazonas akumuliatoriaus įkrovimo ir iškrovimo metu (dažniausiai 20%-80% talpos), kur įtampa kinta mažai. Pavyzdžiui, ličio kobalto oksido baterijų įtampos platforma yra 3,6–3,9 V, o tai taip pat yra įprastas įrangos darbinės įtampos diapazonas.

4. Energija ir galia: kiek laiko galima naudoti? Kiek galios jis gali išvesti?

Energija: bendra elektros energija, kurią gali sukaupti akumuliatorius, apskaičiuota pagal formulę E=U×Q (U – įtampa, Q – talpa), Wh (vatas-valanda) arba kWh (kilovat-valanda, 1kWh=1 elektros laipsnis). Pavyzdžiui, 1900 mAh ir 3,7 V mobiliojo telefono akumuliatoriaus energija yra 3,7 V × 1,9 Ah=7.03Wh.

Galia: energija, kurią baterija gali išgauti per laiko vienetą, apskaičiuota pagal formulę P=U×I, naudojant W (vatų) vienetus. Galia lemia įrangos „sprogimo galią“. Pavyzdžiui, elektrinėms transporto priemonėms greitėjant reikia didelės-galios baterijų, o mobiliesiems telefonams reikia tik mažos-galios baterijų.

5. Ciklo trukmė: kiek kartų galima įkrauti ir iškrauti akumuliatorių?

Apibrėžimas: Vienas akumuliatoriaus įkrovimas ir iškrovimas yra vienas ciklas. Kai pajėgumas sumažėja iki 60–70% pradinio pajėgumo, tai laikoma gyvenimo pabaiga.

Standartinis testas: IEC standartas numato, kad mobiliųjų telefonų ličio baterijos, iškrautos iki 3,0 V esant 0,2 C ir įkrautos iki 4,2 V esant 1 C, po 500 ciklų turi būti didesnės arba lygios 60 %; nacionalinis standartas numato, kad po 300 ciklų talpa turi būti didesnė nei 70 %.

Naudojimo pasiūlymas: Venkite gilaus įkrovimo ir iškrovimo (pvz., neįkraukite iki 100% arba neiškraukite iki 0% kiekvieną kartą), nes tai gali pailginti ciklo tarnavimo laiką. Pavyzdžiui, išlaikant 20–80 % mobiliojo telefono baterijos galios, jos tarnavimo laikas gali pailgėti iki daugiau nei 1000 ciklų.

6. Iškrovimo gylis (DOD) ir įkrovimo būsena (SOC): kiek akumuliatoriuje liko energijos?

DOD: iškrautos galios procentas nuo vardinės talpos. Pavyzdžiui, jei iškrovimo talpa yra 500 mAh, o vardinė talpa yra 1000 mAh, DOD=50%. Kuo gilesnis DOD, tuo trumpesnis baterijos veikimo laikas.

SOC: likusios talpos procentas nuo vardinės talpos . 0% reiškia, kad nėra energijos, o 100% reiškia, kad ji visiškai įkrauta. BMS įvertina likusią akumuliatoriaus galią per SOC, o mobiliojo telefono galios ekranas apskaičiuojamas pagal SOC.

7. Išjungimo-įtampa: įkrovimo / iškrovimo „raudona linija“

Įkrovimo išjungimo{0}}įtampa: įtampa, kuriai esant negalima toliau įkrauti akumuliatoriaus. Ličio kobalto oksido akumuliatoriams jis yra 4,2 V; ličio geležies fosfato akumuliatoriams jis yra 3,65 V. Viršijus šią įtampą, gali būti pažeistos baterijos elementai ir šiluminis nutekėjimas.

Iškrovos išjungimo{0}}įtampa: įtampa, kuriai esant akumuliatoriaus negalima toliau išsikrauti. Ličio kobalto oksido akumuliatoriams jis yra 3,0 V; ličio geležies fosfato akumuliatoriams jis yra 2,5 V. Žemesnė įtampa negrįžtamai sugadins anodą, o talpos nebebus galima atkurti.

8. Vidinis pasipriešinimas: „Nematomas baterijų praradimas“.

Apibrėžimas: varža akumuliatoriaus viduje, trukdanti srovės tekėjimui, su mΩ (miliohm) vienetais, padalinta į ominę vidinę varžą (sukeliamą dėl medžiagų ir struktūros) ir poliarizacijos vidinę varžą (sukelta elektrocheminių reakcijų).

Poveikis: Kuo mažesnė vidinė varža, tuo didesnis akumuliatoriaus įkrovimo ir iškrovimo efektyvumas bei mažiau generuojama šiluma. Pavyzdžiui, maitinimo baterijų vidinė varža turi būti kontroliuojama mažesne nei 50 mΩ, nes priešingu atveju, esant stipriai-srovei, susidarys didelis karštis.

V. Ličio baterijų įvardijimo taisyklės: modelių matmenų supratimas

Įvairių gamintojų ličio baterijų pavadinimai skiriasi, tačiau bendrosios baterijos atitinka IEC61960 standartą. Akumuliatoriaus tipą ir dydį galima spręsti pagal modelį, kad būtų išvengta netinkamo modelio pirkimo.

1. Cilindrinės baterijos: 3 raidės + 5 skaičiai

Raidės reikšmė: pirmoji raidė nurodo anodo medžiagą (I=įmontuota-ličio jonų, L=ličio metalo); antroji raidė nurodo katodo medžiagą (C=kobaltas, N=nikelis, M=manganas, V=vanadis); trečioji raidė=R (cilindrinė).

Skaičių reikšmė: pirmieji 2 skaičiai=skersmuo (mm), paskutiniai 3 skaičiai=aukštis (mm).

Pavyzdžiai: ICR18650 - I (ličio jonų anodas), C (ličio kobalto oksido katodas), R (cilindrinis), 18 mm skersmens, 65 mm aukščio, dažniausiai nešiojamiesiems kompiuteriams ir elektrinėms transporto priemonėms skirta baterija; INR21700 - I (ličio jonų anodas), N (nikelio-pagrindo katodas, trinaris ličio), R (cilindro formos), 21 mm skersmens, 70 mm aukščio, 50 % didesnės talpos nei 18650, naudojamas Tesla Model 3.

2. Prizminės baterijos: 3 raidės + 6 skaičiai

Raidės reikšmė: pirmosios dvi raidės yra tokios pačios kaip cilindrinių baterijų, trečioji raidė=P (prizminė).

Skaičių reikšmė: pirmieji 2 skaičiai=storis (mm), viduriniai 2 skaičiai=plotis (mm), paskutiniai 2 skaičiai=aukštis (mm).

Pavyzdžiai: ICP053353 - I (ličio jonų anodas), C (ličio kobalto oksido katodas), P (prizminis), 5 mm storio, 33 mm pločio, 53 mm aukščio, įprasta mobiliojo telefono baterija; IFP101520 - I (ličio jonų anodas), F (geležies-pagrindo katodas, ličio geležies fosfatas), P (prizminis), 10 mm storio, 15 mm pločio, 20 mm aukščio, naudojamas išmaniuosiuose laikrodžiuose.

VI. Visas ličio baterijų gamybos procesas: tobulumo siekimas kiekviename žingsnyje nuo medžiagų iki elementų

Ličio baterijų gamyba yra sudėtingas ir labai automatizuotas procesas, apimantis tris pagrindinius ryšius: priekinį-galinį, vidurinį-ir galinį-procesą. Tikslus kiekvienos jungties valdymas tiesiogiai veikia akumuliatoriaus veikimą ir saugą, žinomą kaip „smulkios chemijos pramonės ir tikslios gamybos derinys“.

1. Priekinis-Pabaigos procesas: elektrodų lakštų gamyba (baterijos talpos nustatymo raktas)

Srutų maišymas: Sumaišykite katodo aktyviąsias medžiagas (pvz., LiCoO₂), laidžias medžiagas (suodė), rišiklius (PVDF) ir tirpiklius (NMP) vakuuminiame maišytuve, kad susidarytų vienalytė suspensija; tas pats pasakytina ir apie anodą, kai aktyvioji medžiaga yra grafitas, rišiklis – CMC/SBR, o tirpiklis – vanduo. Pagrindinis reikalavimas: srutos turi būti vienodos, be dalelių, priešingu atveju gali susidaryti netolygi talpa.

Dengimas: Vienodai padenkite katodo / anodo suspensiją ant srovės kolektoriaus (aliuminio folija katodui, vario folija anodui), valdydami dangos storį (± 1 μm) ir ploto tankį (aktyviosios medžiagos svorį ploto vienetui). Pagrindinis reikalavimas: danga turi būti vienoda, priešingu atveju vietinis šildymas ir akumuliatoriaus talpos susilpnėjimas.

Džiovinimas: Išgarinkite tirpiklį (NMP arba vandenį) orkaitėje, 80-120 laipsnių temperatūroje. Vėjo greitis ir greitis turi būti tikslūs, kad danga nesutrūkinėtų ir nesusiraitytų.

Kalandravimas: Šaltai -presuokite išdžiūvusius elektrodų lakštus tikslumo kalendoriaus pagalba, kad padidintumėte dangos tankį (sumažintumėte poringumą), pagerintumėte energijos tankį ir užtikrintumėte vienodą storį (±0,5 μm).

Pjaustymas: Išilgai perpjaukite plačius elektrodų lakštus į siauras reikiamo pločio juosteles, vengdami įbrėžimų (dėmės sukels trumpąjį jungimą).

Skirtukų suvirinimas: Suvirinkite metalinius skirtukus (aliuminio skirtukus katodui, nikelio skirtukus anodui) nurodytose elektrodų lakštų vietose kaip srovės ištraukimo taškus. Suvirinimo kokybė turi užtikrinti, kad nebūtų šalto litavimo jungčių arba netikro suvirinimo.

2. Vidurinis-Pabaigos procesas: elementų surinkimas (baterijos saugos nustatymo raktas)

Suvyniojimas / krovimas: sudėkite katodą, separatorių ir anodą tokia tvarka kaip „separator - anodas - separator - cathode“ ir suvyniokite juos į cilindrinius / prizminius elementus vyniojimo mašina (apvyniojimo tipas) arba sudėkite juos į prizminius elementus su krovimo mašina (sudaryto tipo). Sukrautas tipas turi didesnį erdvės panaudojimą ir mažesnį vidinį pasipriešinimą, bet mažą efektyvumą; žaizdos tipas pasižymi dideliu efektyvumu ir tinka masinei gamybai.

Korpusas/kapsuliavimas: į metalinius apvalkalus (plieninius / aliuminio korpusus) įdėkite cilindrinius / prizminius kietus{0}}apvalkalus; įdėkite maišelių elementus į aliuminio{1}} kompozitinės plėvelės apvalkalus.

Kepimas: Įdėkite kapsules į vakuuminę orkaitę ir kepkite 80-120 laipsnių temperatūroje 4-8 valandas, kad visiškai pašalintumėte drėgmę iš elementų (drėgmės kiekis turi būti kontroliuojamas žemiau 50 ppm), kitaip jis reaguos su elektrolitu ir generuos kenksmingas dujas.

Elektrolitų įpurškimas: Sušvirkškite tiksliai išmatuotą elektrolito kiekį į elementus sausoje patalpoje , kurioje rasos taškas žemesnis nei -40 laipsnių . Elektrolitas turi visiškai įsiskverbti į elektrodų lakštus ir separatorius. Įpurškimo kiekio paklaida turi būti kontroliuojama ± 0,1 g, kitaip tai turės įtakos akumuliatoriaus talpai.

Sandarinimas: vakuuminis karštis{0}}užsandarinkite maišelių elementų elektrolito įpurškimo angą; užsandarinkite kietų -apvalų elementų elektrolito įpurškimo angą plieniniais rutuliais (cilindriniais) arba sandarinimo vinimis (prizminiais) ir suvirindami lazeriu užtikrinkite sandarumą (dėl oro nutekėjimo išgaruos elektrolitas ir sumažės talpa).

3. Atgal-Pabaigti procesą: formavimas ir testavimas (tinkamų produktų tikrinimas)

Formavimas: Pirmą kartą įkraukite elementus, kad ant anodo paviršiaus susidarytų stabili kietojo elektrolito sąsajos (SEI) plėvelė, kuri leidžia ličio jonams prasiskverbti, tačiau blokuoja elektronus, o tai yra baterijos veikimo ir saugumo raktas. Įkrovimo srovė nedidelė (0,1-0,2C), o laikas ilgas (8-12 valandų).

Senėjimas: Leiskite susidariusioms ląstelėms stovėti kambario temperatūroje arba aukštoje temperatūroje (45 laipsniai ) 3-7 dienas, kad stabilizuotųsi SEI plėvelė, ir pašalinkite sugedusias ląsteles su pernelyg dideliu savaiminio išsikrovimu (pvz., elementus, kurių įtampos kritimas viršija 50 mV).

Pajėgumo klasifikavimas: atlikite standartinius pasenusių elementų įkrovimo{0}}iškrovimo testus (įkraukite iki viršutinės ribinės įtampos, išleiskite iki apatinės ribinės įtampos), išmatuokite tikrąją talpą ir įvertinkite pagal talpą (pvz., A laipsnis: 4950–5050 mAh, B laipsnis: 4850–4950 mAh), kad užtikrintumėte pastovią tos pačios grupės elementų talpą.

Rūšiavimas: Klasifikuokite elementus pagal tokius parametrus kaip talpa, atviros grandinės įtampa ir vidinė varža ir pašalinkite sugedusius gaminius (pvz., elementus, kurių vidinė varža per didelė ir talpa nepakankama).

Išvaizdos ir veikimo testavimas: Patikrinkite elementų išvaizdą (nėra įbrėžimų, nuotėkio ar deformacijos), atlikite izoliacijos varžos, kintamosios srovės vidinės varžos ir trumpojo jungimo bandymus, kad įsitikintumėte, jog saugos charakteristikos atitinka standartus.

VII. Pramonės tendencijos ir įmonių praktika: kur yra ličio baterijų ateitis?

Sparčiai vystantis naujai energetikos pramonei, ličio baterijų technologija ir toliau veržiasi į priekį, atsirado nemažai įmonių, orientuotų į segmentuotas sritis, skatinančių ličio baterijų išplėtimą iš „buitinės elektronikos“ srities į „pramonės ir energetikos“ sritis.

1. Technologijų tendencijos: nuo skysto iki kieto, nuo didelės talpos iki didelio saugumo

Kietojo{0}}kūno akumuliatoriai: Pakeiskite skystus elektrolitus ir separatorius kietais elektrolitais, labai pagerindami saugą (nėra nuotėkio ar šiluminio pabėgimo pavojaus), energijos tankis iki 400{3}}600 Wh/kg (du kartus didesnis nei esamų ličio baterijų), kurie gali palaikyti elektrines transporto priemones, kurių kreiserinis nuotolis didesnis nei 1000 km. Šiuo metu pusiau -kietos baterijos (kurių elektrolitų kiekis yra 5 %{10}}10 %) yra pradėtos masinės gamybos stadijoje (pvz., NIO ET7 pusiau -kieto akumuliatoriaus versija), o visos{12}}kietojo kūno baterijos turėtų būti masiškai pagamintos apie 2030 m.

Greito įkrovimo technologija: Pasiekite „80 % įkrovimą per 10 minučių“ optimizuodami medžiagas (pvz., silicio -anodus, greito-įkrovimo elektrolitus) ir konstrukciją. Pavyzdžiui, „Xpeng G9“ įrengtas S4 super{6}}įkraunamas akumuliatorius gali įkrauti 400 km per 10 minučių.

Išlaidų mažinimas: dėl didelio masto -gamybos (pasaulinis ličio baterijų gamybos pajėgumas viršijo 2 TWh), medžiagų naujovių (pvz., ličio mangano geležies fosfatas, pakeičiantis trejotį litį) ir procesų optimizavimą (pvz., CTP/CTC technologija, modulių komponentų mažinimas), akumuliatoriaus kaina sumažėjo nuo 5 CNY/Wh iki 201,15 CNY/Wh, o 201,25 CNY/Wh. tikimasi, kad ateityje jis toliau mažės iki 1 CNY/Wh.

2. Įmonės praktika: Zhongchuang Feiyue - Dėmesys dviejų-ratų elektrinių transporto priemonių akumuliatorių keitimo revoliucijai

Dviračių{0}}elektrinių transporto priemonių srityje ličio baterijų taikymas atnaujinamas nuo „įkrovimo“ iki „baterijų keitimo“. Zhongchuang Feiyue (susijusi su Zhongchuang New Energy Technology Group) yra reprezentatyvi šios tendencijos įmonė. Jos pagrindinės praktikos apima:

Scenarijus{0}}pagrįsti sprendimai: pateikite didelio{0}}saugumo ir ilgaamžiškumo{1}}ličio baterijas tokioms situacijoms kaip bendri elektriniai dviračiai, greitas pristatymas (išsinešimas, greitas pristatymas) ir asmeninės kelionės. Pavyzdžiui, pristatymo transporto priemonių akumuliatoriaus veikimo trukmė yra daugiau nei 2000 kartų, o tai atitinka kasdienį 100 km atstumo poreikį.

Inovatyvus baterijų keitimo modelis: Pateikite koncepciją „baterijų keitimas vietoj įkrovimo yra saugiau“ ir įdiekite baterijų keitimo stotis daugiau nei 100 miestų visoje šalyje. Naudotojai gali pakeisti akumuliatorių tik per 30 sekundžių, išspręsdami dviračių transporto priemonių „lėto įkrovimo ir įkrovimo pavojų“ problemas, aptarnaujančias daugiau nei 400 mln.

Gamybos pajėgumai ir globalizacija: kurių metinis gamybos pajėgumas viršija 5GWh, produktai eksportuojami į daugiau nei 10 šalių, prisitaikant prie skirtingų šalių įtampos standartų ir klimato sąlygų (pvz., aukštos -temperatūros baterijos Pietryčių Azijai, kurios gali stabiliai veikti 60 laipsnių aplinkoje).

Išvada: ličio baterijos - Pagrindinis energijos revoliucijos variklis

Nuo mobiliųjų telefonų iki elektra varomų transporto priemonių, nuo energijos kaupimo iki ekonomiškumo mažame{0}} aukštyje – ličio baterijos tapo pagrindiniu energijos revoliucijos varikliu. Jų technologinė raida yra susijusi ne tik su įrangos veikimo gerinimu, bet ir su „dvigubos anglies“ tikslo įgyvendinimu bei energijos struktūros transformavimu. Ateityje, pasirodžius kietojo kūno-baterijoms ir greitojo įkrovimo technologijoms, taip pat nuolat mažėjant sąnaudoms, ličio baterijos vaidins svarbą daugiau sričių (pvz., kosmoso ir giluminių-jūrų tyrinėjimų), suteikdamos tvirtą paramą žmogaus žaliosios energijos ateičiai.

Paprastiems naudotojams pagrindinių ličio baterijų principų ir veikimo parametrų supratimas gali padėti baterijas naudoti moksliškiau (pvz., išvengti per didelio įkrovimo ir per{0}}iškrovimo); Pramonės specialistams techninių tendencijų ir scenarijų poreikių suvokimas yra raktas į galimybes rasti ličio baterijų „šimto{1}}milijardo{2} lygio kelyje“. Nesvarbu, ar esate vartotojas, ar praktikas, ličio baterijų istorija vis dar tęsiasi.