Как улучшить низкотемпературные характеристики литий-железо-фосфатного теста?

Как мы все знаем, литиевые аккумуляторы неплохо работают при высоких температурах; их максимальная тепловая мощность колеблется от 350 до 500 °C, и они все еще могут полностью разрядить свою мощность при 60 °C. Однако при низких температурах он работает немного хуже, чем другие аккумуляторные системы; как можно улучшить эти характеристики при низких температурах? Существует множество способов повышения их работоспособности при низких температурах:

Первый способ — использовать системы нагрева аккумуляторов для поддержания температуры аккумуляторов в оптимальном диапазоне. Эти системы могут включать резистивные нагревательные элементы, материалы с фазовым переходом или другие методы управления температурным режимом.

Во-вторых, добавьте изоляцию вокруг батареи, чтобы предотвратить чрезмерную потерю тепла в окружающую среду. Это помогает поддерживать более высокую внутреннюю температуру, особенно в очень холодных условиях.

Использование наночастиц LiFePO4 может улучшить низкотемпературные характеристики, поскольку они обеспечивают большую площадь поверхности и улучшенную кинетику диффузии ионов.

Правильно контролируйте пределы зарядки и разрядки аккумулятора, чтобы предотвратить повреждение, поскольку это может повлиять на работу при низких температурах.

Анод и катод

В литий-железо-фосфатной батарее (LiFePO4) анод и катод являются неотъемлемыми компонентами батареи, которые играют ключевую роль в ее работе. Материалы анода и катода в батарее LiFePO4 отличаются от материалов в традиционных литий-ионных батареях и имеют особые характеристики. Вот краткое объяснение анода и катода в батарее LiFePO4:

Катод батареи LiFePO4 обычно изготавливается из литий-железо-фосфатного материала (LiFePO4). Катод — это место, откуда ионы лития извлекаются во время разряда и куда они вводятся во время зарядки. LiFePO4 известен своей стабильной и надежной работой, что делает его популярным выбором в качестве катодных материалов в литий-ионных батареях.

3.2V 20A Низкотемпературная батарея LiFePO4 -40℃ 3C Разрядная емкость ≥70% Температура зарядки: -20~45℃ Температура разрядки: -40~+55℃ пройти тест на иглоукалывание -40℃ максимальная скорость разряда: 3C

ЧИТАТЬ ДАЛЕЕ

Анод батареи LiFePO4 обычно состоит из материалов на основе углерода, таких как графит. Анод — это место, где ионы лития накапливаются во время зарядки и высвобождаются во время разрядки. В то время как LiFePO4 используется в качестве катода, материал на основе углерода используется для анода из-за его способности эффективно и обратимо интеркалировать ионы лития.

Во время процесса разряда (когда батарея обеспечивает питание) ионы лития перемещаются от анода к катоду, создавая электрический ток. В процессе зарядки ионы лития перемещаются от катода к аноду.

Характеристики батареи LiFePO4 при низких температурах обычно лучше, чем у других типов литий-ионных батарей, таких как литий-кобальтовые батареи (LiCoO2). Аккумуляторы LiFePO4 обладают хорошей термической стабильностью, сниженным риском температурного выхода из-под контроля и стабильной работой при низких температурах, что делает их пригодными для применения в более холодных условиях. Однако, как и у большинства аккумуляторов, на их производительность могут влиять чрезвычайно низкие температуры, а скорость заряда и разряда может снижаться в очень холодных условиях.

Зарядка

Зарядка литий-железо-фосфатной батареи (LiFePO4) с более высокой скоростью может быть эффективным способом улучшить ее характеристики при низких температурах, поскольку помогает увеличить сохранение емкости и уменьшить воздействие холодной погоды. Однако важно отметить, что с этим подходом связаны некоторые соображения и потенциальные компромиссы.

Ограничение скорости зарядки и разрядки при низких температурах может предотвратить тепловую нагрузку на батарею и улучшить ее общую производительность.

Для батарей LiFePO4 может потребоваться балансировка ячеек, чтобы гарантировать, что отдельные элементы находятся в одинаковом состоянии заряда. Несбалансированные ячейки могут привести к проблемам с емкостью и производительностью. Хорошая система управления батареями (BMS) может обеспечить балансировку ячеек.

Не разряжайте батарею LiFePO4 ниже рекомендованного напряжения отключения. Слишком глубокая разрядка может повредить аккумулятор и сократить срок его службы.

Низкотемпературный прочный полимерный аккумулятор для ноутбука с высокой плотностью энергии Спецификация аккумулятора: 11,1 В 7800 мАч -40 ℃ 0,2 C разрядная емкость ≥80% Пыленепроницаемый, устойчивый к падению, антикоррозийный, антиэлектромагнитный

ЧИТАТЬ ДАЛЕЕ

Используйте BMS или схему защиты, чтобы предотвратить чрезмерную разрядку, которая может быть особенно вредной для батарей LiFePO4. BMS может отключить батарею от нагрузки, когда ее напряжение упадет ниже безопасного порога.

Регулярно контролируйте состояние заряда, напряжение и температуру аккумулятора, особенно во время зарядки и разрядки. Это помогает обнаружить и предотвратить любые ненормальные условия.

Защита от перезарядки необходима для предотвращения превышения безопасного предела напряжения аккумулятора. BMS должна отключить или уменьшить зарядный ток, если аккумулятор приближается к состоянию перенапряжения. Чрезмерная разрядка может привести к повреждению аккумулятора. BMS должна отключать или уменьшать нагрузку, когда напряжение батареи падает до критического уровня, следя за тем, чтобы оно не опускалось ниже безопасного нижнего предела.

В многоячеечных аккумуляторных системах отдельные элементы могут иметь разное состояние заряда (SOC). BMS должна управлять и балансировать эти элементы, чтобы обеспечить их равномерную разрядку и зарядку. BMS часто использует алгоритмы для оценки SOC батареи. Эта информация жизненно важна для принятия обоснованных решений о зарядке и разрядке.

BMS должна установить ограничения по току и напряжению, чтобы защитить батарею от чрезмерного тока или скачков напряжения, которые могут возникнуть во время быстрой зарядки или в условиях высокой нагрузки. В приложениях, где возможна рекуперативная зарядка (например, в электромобилях), BMS должна управлять потоком энергии от рекуперативного торможения к аккумулятору, чтобы предотвратить перезарядку.

В некоторых приложениях, таких как портативная электроника, пользователи могут иметь предпочтения относительно способа зарядки аккумуляторов. BMS должна предоставлять возможности для определяемых пользователем профилей, если это применимо.

В чрезвычайных ситуациях или при возникновении неисправности система BMS должна иметь возможность отсоединить батарею от нагрузки или зарядного устройства, чтобы предотвратить катастрофический отказ.

Использование правильного оборудования, следование рекомендациям производителя и хорошо спроектированная BMS могут помочь обеспечить работу аккумулятора в безопасных и оптимальных параметрах.

Электролит

Модификация электролита аккумулятора путем добавления специальных добавок, которые могут улучшить ионную проводимость при низких температурах. Запатентованные добавки или составы могут быть доступны у производителей аккумуляторов.

Электролитные добавки – это дополнительные соединения, добавляемые в этот раствор.

К распространенным добавкам относятся:

Бис(оксалато)борат лития (LiBOB): улучшает низкотемпературные характеристики и термическую стабильность аккумулятора.

Виниленкарбонат (ВК): ВК может образовывать защитную пленку на поверхности электрода, снижая импеданс и улучшая характеристики при низких температурах.

Пропиленкарбонат (ПК): ПК часто используется в электролитах для снижения температуры замерзания, что может быть полезно в холодных условиях.

В холодных условиях электролит может стать более вязким, что приводит к повышению сопротивления внутри аккумулятора. Добавки к электролиту могут помочь снизить это сопротивление, обеспечивая лучшую производительность зарядки и разрядки.

Некоторые добавки, такие как VC, могут создавать стабильный и защитный слой на поверхности электрода, улучшая межфазное поведение между электродом и электролитом. Это уменьшает образование слоев на границе раздела твердый электролит (SEI), которые могут снизить производительность.

Концентрация добавок электролита должна быть тщательно оптимизирована для достижения желаемых эффектов без возникновения нежелательных побочных эффектов. Слишком большое количество определенных добавок может отрицательно сказаться на работе аккумулятора.

Важно отметить, что выбор и концентрация добавок к электролиту могут варьироваться в зависимости от химического состава и конструкции аккумулятора.