Подробное объяснение знаний о литий-ионных аккумуляторах — директор по исследованиям и разработкам Tritek Battery
С развитием мировой индустрии новой энергетики литиевые батареи стали востребованной отраслью, а мощные литиевые батареи стали концентрированной областью роста спроса для отрасли литиевых батарей.
Итак, полностью ли вы разбираетесь в технических тонкостях литий-ионных аккумуляторов? Представляем вам подробное руководство от директора по исследованиям и разработкам Tritek, в котором кратко изложены все эти аспекты.
Для вашего быстрого поиска мы также подготовили глоссарий терминов по электровелосипедам (https://tritekbattery.com/zh-CN/ebike-glossary-of-terms/).
Содержание [скрыть]
1. Базовые знания о клетках
1.1 История развития аккумуляторов
1.2 Категория аккумулятора
1.3 Направление развития аккумуляторных батарей
1.4 Литиевый аккумулятор – история развития
1.5 Литиевая батарея — как она работает
1.6 Литиевые батареи – принцип работы – процессы зарядки и разрядки
1.7 Литиевый аккумулятор – структурный состав
1.8 Литиевая батарея – материал катода
1.9 Литиевые батареи – Классификация
1.10 Параметры производительности литиевых аккумуляторов
1.11 1.4 Литиевая батарея – кривая заряда и разряда
1.12 Литиевые аккумуляторы: эксплуатационные характеристики при высоких и низких температурах
1.13 Литиевые аккумуляторы: эксплуатационные характеристики при высоких и низких температурах
1.14 Литиевая батарея – циклическая работа при разных скоростях зарядки
1.15 Литиевая батарея – цикличность при разных скоростях разряда
1.16 Литиевая батарея – влияние DOD на срок службы
1.17 Литиевая батарея – влияние температуры на срок службы
1.18 Литиевая батарея — разряд при нормальной температуре, эффективность разряда, повышение температуры
1.19 Литиевая батарея — зарядка при нормальной температуре, эффективность зарядки, повышение температуры
1.20 Литиевая батарея – принцип удвоения температуры заряда и разряда
1.21 Аккумуляторная батарея, соответствующая литиевым батареям
2. Знание клеточного материала
2.1 Знание материалов сердечника аккумулятора – положительный электрод
2.2 Знание материалов сердечника аккумулятора – отрицательный электрод
2.3 Знание материалов сердечника батареи – проводящий агент
2.4 Знание материалов аккумуляторов — связующие вещества
2.5 Знание материалов сердечника аккумулятора – фольга
2.6 Знание материала сердечника аккумулятора ——Выступ
2.7 Знание материала сердечника аккумулятора – сепаратор
2.8 Знание материала аккумулятора – электролит
2.9 Знание материалов сердечника аккумулятора – стальная оболочка
2.10 Знание материала аккумулятора — Крышка
2.11 Знание материала сердечника аккумулятора – предохранительное устройство
3. Знание клеточных технологий
3.1. Знание процесса в ячейке – поток процесса
4. Знание структуры клетки
4.1 Знание структуры клетки
4.2 Знание структуры сердечника аккумулятора – квадратная стопка
4.3. Знание структуры сердечника аккумулятора – квадратная Z-образная пластина
4.4 Знание структуры ядра аккумулятора – квадратное ламинирование пленкой
4.5 Знание структуры сердечника батареи – квадратная многоконтактная обмотка
4.6 Знание структуры сердечника батареи – цилиндрическая однорядная многовыводная обмотка
4.7. Знание структуры сердечника аккумуляторной батареи – цилиндрическая обмотка с полным наконечником
4 8 Знания о структуре клетки - Краткий обзор
Основы клеточного строения
разработка аккумуляторов
Аккумулятор — это устройство, преобразующее химическую энергию в электрическую. Он напрямую поставляет электроэнергию во внешний мир посредством химических реакций внутри аккумулятора.
Категория аккумуляторов
Батареи в основном делятся на три типа: химические, физические и биологические. Ниже представлена ментальная карта классификации батарей.
Направление развития аккумуляторных батарей
Никель-кадмиевый аккумулятор → Никель-цинковый аккумулятор → Свинцово-кислотный аккумулятор → Ni-MH аккумулятор → Литий-ионный аккумулятор → Топливный элемент
Никель-кадмиевые аккумуляторы:серьезно загрязнены и фактически ликвидированы.
Никель-цинковая батарея:короткий срок службы, производительность не подходит для автомобильных аккумуляторов.
Свинцово-кислотный аккумулятор:Впервые он был использован в качестве автомобильного аккумулятора и используется до сих пор. Он имеет низкую стоимость, но низкую удельную энергию, высокую скорость саморазряда, малый срок службы и не является экологически безопасным.
Никель-металлгидридные батареи:Чаще всего используются в HEV (гибридных электромобилях), работают лучше, но стоят дороже и содержат загрязняющий окружающую среду металл никель.
Литий-ионный аккумулятор:В настоящее время это популярная отрасль автомобильных аккумуляторов, отличающаяся хорошими эксплуатационными характеристиками и безопасностью для окружающей среды.
Во всех продуктах LEV компании Triteks, таких как аккумуляторы для электровелосипедов, аккумуляторы для электровелосипедов, аккумуляторы для электромотоциклов, аккумуляторы для грузовых велосипедов, используются литий-ионные аккумуляторы.
Топливный элемент:Пока не освоен промышленным производством, имеет хорошие эксплуатационные характеристики и экологичен, но цена высока.
Литиевый аккумулятор – история развития
В качестве отрицательного электрода используется углерод, а в качестве положительного — соединение лития; в процессе заряда и разряда ионы лития перемещаются туда и обратно между положительным и отрицательным электродами, отсюда и название литий-ионного аккумулятора.
Литиевая батарея – как она работает
В процессе зарядки и разрядки литий-ионных аккумуляторов ионы лития находятся в состоянии движения от положительного электрода к отрицательному и затем к положительному электроду. Это похоже на кресло-качалку: ионы лития движутся вперёд и назад между двумя концами аккумулятора. Такая электрохимическая система накопления энергии называется «аккумулятор-качалка».
Литиевые батареи – принцип работы – процессы зарядки и разрядки
1.6.1 Ионы лития внедряются в слоистую структуру материала катода перед зарядкой.
1.6.2 После начала зарядки материал положительного электрода теряет электроны, а ионы лития выходят из материала положительного электрода.
1.6.3 Ионы лития попадают в графитовый материал отрицательного электрода через электролит и сепаратор.
1.6.4 Ионы лития внедряются в слой графита, а электроны по внешней цепи достигают отрицательного электрода, образуя относительно стабильный графит с внедренным литием.
1.6.5 По мере продолжения процесса зарядки материал положительного электрода продолжает терять электроны, а ионы лития продолжают деинтеркалироваться до тех пор, пока зарядка не завершится.
1.6.6 Электроны покидают материал отрицательного электрода и по внешней цепи перетекают к положительному. Ионы лития, потерявшие электроны, также покидают графитовый слой.
1.6.7 Ионы лития, извлеченные из отрицательного электрода, возвращаются в материал положительного электрода через электролит и сепаратор и соединяются с электронами, достигающими положительного электрода через внешнюю цепь, образуя относительно стабильный материал положительного электрода с внедренным литием.
Литиевый аккумулятор - структурный состав
Литиевая батарея – материал катода
Литиевые батареи – Классификация
Литиевые батареи можно классифицировать по форме, корпусу и процессу.
ТритекВ основном используется конструкция из прокатной цилиндрической стальной оболочки для аккумуляторов типоразмера 18650 и 21700.
емкость аккумулятора
1I разрядная емкость аккумулятора при комнатной температуре (Ач) 1 (А) ток достигает конечного напряжения.
Формула: C=It, то есть емкость аккумулятора (Ач) = ток (А) x время разряда (ч).
Емкость аккумулятора — это количество энергии, которое аккумулятор может получить или сохранить.
Емкость определяется активным материалом электрода и в основном на нее влияют скорость разряда и температура (строго говоря, емкость аккумулятора должна определять условия зарядки и разрядки).
Соотношение между производительностью и температурой выхлопных газов:
Напряжение
Относится к разности потенциалов (РП) между положительным и отрицательным электродами батареи (напряжение зависит от мощности батареи, температуры и других условий).
Как выбрать правильное напряжение для аккумулятора электромотоцикла
Напряжение холостого хода (OCV)
Напряжение аккумулятора, не подключенного к внешней цепи или внешней нагрузке. Напряжение холостого хода связано с оставшимся зарядом аккумулятора, и индикация мощности основана на этом принципе.
Напряжение замкнутой цепи (CCV)
Это разность потенциалов (РП) между положительным и отрицательным электродами батареи в рабочих условиях, то есть когда через цепь протекает ток.
Стадия зарядки (SOC)
Это коэффициент остаточного заряда аккумулятора, равный отношению оставшегося заряда аккумулятора к общему заряду аккумулятора. SOC=0% означает, что аккумулятор полностью разряжен, а SOC=100% означает, что аккумулятор полностью заряжен.
SOC рассчитывается с помощью системы управления аккумуляторными батареями (BMS).
Глубина разряда (DOD)
Это показатель глубины разряда аккумулятора, то есть процент разряда аккумулятора от его номинальной ёмкости. В отличие от SOC, DOD = 100% означает, что аккумулятор разряжен, а DOD = 0% означает, что аккумулятор полностью заряжен. Соотношение между DOD и SOC следующее: DOD + SOC = 1.
внутреннее сопротивление
Относится к сопротивлению току, протекающему через аккумулятор во время его работы. Обычно подразделяется на внутреннее сопротивление переменного тока (AC) и постоянному току (DC). Как правило, аккумуляторы с малым внутренним сопротивлением обладают высокой разрядной способностью, в то время как аккумуляторы с большим внутренним сопротивлением — слабой. Внутреннее сопротивление аккумулятора генерирует большое количество джоулева тепла, что приводит к повышению внутренней температуры аккумулятора, снижению рабочего напряжения и сокращению времени разряда, что влияет на его производительность и эффективность. Это существенно влияет на срок службы.
Температура повышается.
Тепло, выделяющееся при прохождении тока через проводник Q=I2Rt
Время плато разряда
Время плато разряда — это время, необходимое аккумулятору для разряда до определённого напряжения после полной зарядки. Время плато разряда — это характеристика кривой разряда аккумулятора. Единица измерения — минуты.
Коэффициент постоянного тока зарядки
Отношение зарядного тока постоянного тока к общей зарядной ёмкости при постоянном токе и постоянном напряжении. Чем выше коэффициент постоянного тока, тем выше производительность аккумулятора. Единица измерения коэффициента постоянного тока — процент (%).
жизненный цикл
Срок службы аккумулятора определяется количеством циклов зарядки и разрядки, которые испытывает аккумулятор при определенной системе зарядки и разрядки, когда емкость аккумулятора падает до определенного заданного значения.
Срок службы литиевых аккумуляторов: сколько циклов зарядки можно ожидать?
Скорость заряда и разряда
Скорость заряда-разряда — это ток, необходимый аккумулятору для разрядки номинальной емкости в течение определенного времени. 1С равен номинальной емкости аккумулятора, обычно обозначаемой буквой C.
скорость саморазряда
Скорость саморазряда, также известная как скорость сохранения заряда, — это отношение уменьшенной ёмкости к начальной ёмкости аккумулятора в состоянии разомкнутой цепи после полной зарядки при определённых условиях и хранения в течение определённого времени. Единицей измерения скорости саморазряда является процент (%).
Чем меньше саморазряд, тем лучше, и чем больше сохранение заряда, тем лучше. Аккумуляторы с большим саморазрядом, как правило, быстро падают напряжение после длительного хранения. На это в основном влияют производственный процесс, материалы, условия хранения и другие факторы.
Эффективность зарядки
Степень, в которой аккумулятор способен накапливать химическую энергию, измеряется путём преобразования электрической энергии, потребляемой во время зарядки. На неё в основном влияют технология аккумулятора, формула, температура окружающей среды, скорость зарядки и другие факторы. Как правило, чем выше скорость зарядки, тем ниже эффективность зарядки. Чем ниже температура, тем ниже эффективность зарядки.
Эффективность разряда
При определённых условиях разряда — это отношение фактической степени разряда аккумулятора к конечному напряжению и номинальной ёмкости. На это в основном влияют такие факторы, как скорость разряда, температура окружающей среды и внутреннее сопротивление. Как правило, чем выше скорость разряда, тем ниже эффективность разряда. Чем ниже температура, тем ниже эффективность разряда.
новая энергия
Формула: Энергия (Вт·ч) = Рабочее напряжение (В) × Рабочий ток (А) × Время работы (ч) = Напряжение × Емкость
Удельная энергия (плотность энергии)
Энергия, отдаваемая батареей на единицу массы или объема, называется удельной энергией массы или удельной энергией объема, также известной как плотность энергии.
Обычно выражается объёмной плотностью энергии (Вт·ч/л) или массовой плотностью энергии (Вт·ч/кг). Если литиевый аккумулятор весит 143 г, его номинальное напряжение составляет 3,2 В, ёмкость — 6500 мА·ч, а плотность энергии — 145 Вт·ч/кг (3,2*6500/143).
1.4 Кривая заряда и разряда литиевого аккумулятора
Кривая зарядки
Кривая разряда
Литиевая батарея — производительность при высоких и низких температурах
Литиевая батарея — производительность при высоких и низких температурах
Литиевые аккумуляторы – цикличность при разных скоростях зарядки
Литиевая батарея – циклическая производительность при разных скоростях разряда
Литиевые батареи – влияние DOD на циклический ресурс
Литиевые батареи – влияние температуры на срок службы
Литиевая батарея — разряд при нормальной температуре, эффективность разряда, повышение температуры
Нормальный температурный режим разряда
1. Зарядка: постоянный ток и постоянное напряжение, ток 1,25 А (0,5 С), верхнее предельное напряжение 4,2 В, ток отсечки 0,05 А (0,02 С);
2. Дать постоять: 10 мин;
3. Разряд: разряд постоянным током с различной величиной тока, нижнее предельное напряжение 2,75 В;
4. Эффективность разряда = разрядная емкость при каждом токе/разрядная емкость 0,5 А (0,2С);
Литиевая батарея — зарядка при нормальной температуре, эффективность зарядки, повышение температуры
Нормальная температурная ставка
1. Разряд: ток 0,52А (0,2С), постоянный ток до 2,75В;
2. Дать постоять: 10 мин;
3. Зарядка: используется зарядка постоянным током и постоянным напряжением разных размеров, самое высокое напряжение составляет 4,2 В;
4. Эффективность зарядки = постоянная зарядная емкость тока при каждой скорости/разрядная емкость 2,5 А (1С);
Литиевая батарея – принцип удвоения температуры заряда и разряда
Тепло, выделяемое в процессе зарядки и разрядки литиевых аккумуляторов, в основном состоит из трех частей:
Форма: тепло поляризации, омическое тепло, тепло реакции, тепло реакции является эндотермической реакцией.
ответственный за;
Чем выше отношение заряда к разряду (ток), тем больше внутреннее сопротивление поляризации и тем больше выделение тепла.
Литиевая батарея – соответствующий аккумуляторный блок
«Восемь последовательных» принципов подбора аккумуляторных батарей: постоянная емкость, постоянное внутреннее сопротивление, постоянное постоянное отношение тока, постоянное время работы платформы, постоянный саморазряд, постоянное напряжение, постоянный заряд и постоянный цикл.
Знания о клеточном материале
Знание материала сердечника аккумулятора – положительный электрод
Категория положительного электрода: литий-железо-фосфат, тройной NCM/NCA, манганат лития, оксид лития-кобальта, фосфат лития-железа-марганца.
Знание материала сердечника аккумулятора – отрицательный электрод
Классификация отрицательно активных материалов: искусственный графит, природный графит, мезофазные углеродные гранулы, мягкий углерод, твердый углерод и углеродное волокно.
Знание материала сердечника аккумулятора – проводящий агент
Проводящий агент обеспечивает хорошие характеристики заряда и разряда электрода. При изготовлении электродных пластин обычно добавляется определённое количество проводящего материала для повышения эффективности заряда и разряда электрода.
Знание материалов аккумуляторов – клеи
Знание материала сердечника аккумулятора – фольга
Токосъемник предназначен для сбора тока, генерируемого активным материалом батареи, для формирования большего выходного тока с полным контактом с активным материалом, малым внутренним сопротивлением и хорошей проводимостью.
Алюминиевая фольга– Потенциал положительного электрода высок, а оксидная пленка очень плотная, что может предотвратить окисление токосъемника. Оксидная пленка медной фольги относительно рыхлая. Для предотвращения окисления предпочтительнее низкий потенциал. Li и Cu нелегко образуют сплав с внедренным литием при низком потенциале.
Медная фольгаОксидная пленка на поверхности меди является полупроводником и проводит электроны. Слишком толстая оксидная пленка имеет высокое сопротивление; при низком потенциале отрицательного электрода алюминий (AL) будет сплавляться с LiAl, то есть алюминий (AL) будет внедрять литий в отрицательный электрод.
Знание материала сердечника аккумулятора ——Lug
Наконечники — это металлические проводники, соединяющие положительный и отрицательный полюса аккумулятора. Как правило, выводы положительного и отрицательного полюсов аккумулятора служат контактными точками во время зарядки и разрядки.
Знание материала сердечника батареи – диафрагма
Материал: однослойный ПЭ (полиэтилен) или трехслойный композит ПП (полипропилен) + ПЭ + ПП
Функция:
1.Разделите положительные и отрицательные клеммы аккумулятора, чтобы предотвратить короткое замыкание;
2.Адсорбирует электролит аккумулятора, обеспечивая высокую ионную проводимость;
3.Некоторые также предотвращают перенос и реакцию вредных веществ между электродами;
4. Это гарантирует, что батарея перестанет реагировать при возникновении ненормальных ситуаций, и повышает ее безопасность.
Знание материала аккумулятора – электролит
Электролит играет роль в проведении ионов между положительным и отрицательным электродами аккумулятора и служит мостиком, соединяющим материалы положительного и отрицательного электродов. Эксплуатируйте аккумулятор только в сухой среде (например, в боксе с влажностью ниже 20 ppm).
1.Литиевая соль: LiPF6
2. Растворитель: EC, DMC, EMC
3.Добавки: пленкообразователь, противозадирный агент, антипирен, стабилизатор и т.д.
Знание материала сердечника аккумулятора – стальная оболочка
Основная функция стального корпуса аккумулятора — обеспечение хорошей электрохимической среды.
Эксплуатационные характеристики стального корпуса аккумулятора:
1.Материал обладает хорошими характеристиками обработки, высокой точностью и высокой прочностью;
2. Поверхность батареи имеет высокую твердость и обладает определенными несущими характеристиками.
3.Никелирование: аккумулятор имеет хорошую коррозионную стойкость.
4. Дно, как правило, не поддается лазерной точечной сварке.
Знание материала аккумулятора — Крышка
Основная функция крышки — герметизация батареи, выполнение функции предохранительного клапана и выполнение функции положительного токопроводящего вывода.
Технические требования к крышкам для бутылок:
1. Уплотнительное кольцо изготовлено из полиэтиленпропилена и не деформируется при температуре 135°С;
2. Поверхность гладкая, толщина стенок равномерная, внешний вид не поврежден;
3. Давление открытия крышки бутылки составляет 1,2±0,1 МПа, а давление открытия составляет 1,8±0,1 МПа;
4. Малая прокладка не деформируется и не плавится при температуре 350°C;
5. Колпачки, как правило, не паяют при высоких температурах.
Знание материала сердечника аккумулятора – предохранительное устройство
Цилиндрические литий-железо-фосфатные аккумуляторы некоторых производителей оснащены встроенными вентиляционными отверстиями и предохранительными клапанами (ПВК) для повышения безопасности. «Двойная защита» эффективно предотвращает перезаряд, короткое замыкание, столкновение и т. д.
Вентиляционное устройство: когда в аккумуляторе происходит химическая реакция, газ, образующийся в аккумуляторе, собирается в вентиляционном отверстии, а также в верхнем и нижнем отверстиях, что способствует рассеиванию газа в аккумуляторе, обеспечивает баланс давления воздуха в элементах аккумулятора и позволяет избежать угроз безопасности.
Предохранительный клапан (ПРК): При достижении внутреннего давления 1,2±0,1 МПа положительное ушко и крышка отсоединяются, и химическая реакция в аккумуляторе приостанавливается. При достижении внутреннего давления 1,8±0,1 МПа предохранительный клапан открывается, и газ выпускается, предотвращая риск взрыва.
Знание клеточных процессов
Знание клеточного процесса – поток процесса
Ниже приведена последовательность процессов в ячейке:
Знание структуры клетки
Ниже представлена ментальная карта структурных знаний:
Знание структуры ядра аккумулятора – квадратная стопка
Знание структуры сердечника аккумулятора – квадратные Z-образные пластины
Знание структуры ядра аккумулятора – ламинирование квадратной пленки
Знание структуры сердечника аккумулятора – квадратная многоконтактная обмотка
Знание структуры сердечника аккумуляторной батареи – цилиндрическая однорядная многовыводная обмотка
Знание структуры сердечника аккумулятора – цилиндрическая обмотка с полным сердечником
Знание структуры клетки – резюме
Резюме: Преимущество прокатки состоит в том, что процесс легко контролируется, а преимущество ламинирования в том, что плотность энергии батареи немного выше и УПАКОВКА удобна.
краткое содержание:
У многорычажных конструкций много недостатков, особенно в плане безопасности; однако при небольшой емкости они обладают преимуществом в виде плотности энергии.
Проект Full Lugg, как правило, лучше, особенно с точки зрения емкости аккумулятора, проект Full Lugg должен быть первым выбором.
Время публикации: 14 октября 2023 г.