Пять факторов, влияющих на срок службы литий-ионного аккумулятора

Использование литий-ионных аккумуляторов имеет много преимуществ, в том числе их более высокое рабочее напряжение, более высокую удельную энергию, меньший размер, меньший вес, более длительный срок службы, более низкую скорость саморазряда, отсутствие эффекта памяти и отсутствие загрязнения окружающей среды. В результате литий-ионные аккумуляторы большой емкости часто используются в различных отраслях, включая продукты 3C, энергетику и хранение энергии. Одной из наиболее важных характеристик литий-ионных аккумуляторов, несомненно, является их срок службы.

Однако ухудшение емкости аккумулятора, которое приводит к его выходу из строя, представляет серьезную угрозу для финансов и производительности труда как отдельных лиц, так и предприятий. Температура, напряжение заряда и разряда, сила тока и количество зарядок или разрядов батареи — вот лишь некоторые из факторов, влияющих на скорость износа батареи.

Введение в структуру и принцип работы литиевой батареи

Основы

Перезаряжаемые литий-ионные батареи функционируют в основном за счет движения ионов лития между положительным и отрицательным электродами. Li+ внедряется и извлекается между двумя электродами во время зарядки и разрядки. Во время зарядки Li+ внедряется в отрицательный электрод через электролит, который находится в состоянии, богатом литием, и отделяется от положительного электрода. Современные высокоэффективные аккумуляторы обычно имеют электроды из материалов, содержащих литий.

Принцип литий-ионной батареи

В качестве отрицательного электрода в литий-ионных батареях используются материалы на основе углерода, а в качестве положительного электрода — литийсодержащие соединения. Аккумуляторы с интегрированными литий-ионными соединениями служат катодными материалами в литий-ионных аккумуляторах. Включение и выключение ионов лития происходит во время процессов зарядки и разрядки литий-ионных аккумуляторов.

Ионы лития внедряются и извлекаются одновременно с внедрением и извлечением электронов, которые эквивалентны ионам лития (обычно внедрение или извлечение используется для представления положительных электродов, в то время как вставка или извлечение используются для представления отрицательные электроды). Ионы лития встраиваются / распознаются и вставляются туда и обратно между положительным и отрицательным электродами во время зарядки и разрядки; этот процесс известен как «аккумуляторы кресла-качалки» по вышеупомянутым причинам.

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

Структура литий-ионной батареи

Электронный электрод получается из внешней цепи, когда батарея разряжается, а электрод в это время восстанавливается. Обычно электрод имеет высокий потенциал. В литий-ионных батареях используются электроды из кобальтата лития, манганата лития и т. д. Когда батарея разряжается, электрод передает электроны во внешнюю цепь, вызывая окисление электрода. Графитовые электроды, которые обычно представляют собой электроды с низким потенциалом, используются в литий-ионных батареях.

Электролит - очень важный фактор.

Влияние на обратимую емкость аккумулятора существенно зависит от электролита. Взаимодействие электролитов происходит на протяжении всего процесса разложения электродного материала и внедренного иона лития, и это взаимодействие оказывает существенное влияние на состояние границы раздела электродного материала и изменение внутренней структуры. Тип электролита и количество впрыскиваемой жидкости также влияют на срок службы батареи, поскольку электролит теряется при взаимодействии между материалами положительного и отрицательного электродов. Кроме того, электролит расходуется при формировании пленки SEI и предварительной зарядке.

Процесс производства литий-ионной батареи

Процесс проектирования и производства

Выбор материалов играет наиболее важную роль в конструкции литий-ионных аккумуляторов. Существуют пробелы в характеристиках произведенных аккумуляторов, а разные материалы имеют разные эксплуатационные качества. Аккумулятор будет иметь длительный срок службы, поскольку как положительные, так и отрицательные материалы имеют хорошие циклические характеристики. Как правило, в процессе проектирования и сборки необходимо, чтобы емкость отрицательного электрода была избыточной по сравнению с емкостью положительного электрода.

Когда происходит зарядка, литий будет осаждаться с отрицательного электрода, образуя литиевые дендриты, которые ставят под угрозу безопасность, если не являются экстремальными. Ионы лития в положительном электроде в конечном итоге вырвутся на свободу и вызовут коллапс структуры, поскольку количество отрицательного электрода превышает количество положительного электрода.

Срок службы батареи также зависит от природы и объема электролита. Ингредиенты для положительных и отрицательных электродов, покрытия, защитного покрытия, намотки, шелушения, впрыска жидкости, герметизации, формовки и т. д. — все это часть производственного процесса для литий-ионных аккумуляторных батарей. Спецификации для каждого этапа обработки аккумуляторов очень строгие. Любая процедура, которой не уделяют должного внимания, может повлиять на цикличность работы батареи.

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

Жизненный цикл

Ионы лития интеркалируются во время цикла заряда-разряда литий-ионных батарей, а затем перемещаются между положительными и отрицательными материалами через электролит. Другие побочные реакции имеют место во время цикла литий-ионных батарей в дополнение к окислительно-восстановительной активности на положительном и отрицательном электродах.

Жизненный цикл литий-ионных аккумуляторов можно продлить, если побочные реакции этих аккумуляторов свести к минимуму, позволяя ионам лития непрерывно и плавно переходить между положительными и отрицательными материалами через электролит.

На емкость и срок службы батареи также будут влиять характеристики положительных и отрицательных токосъемников. Алюминий и медь, оба коррозионно-активных металлических элемента, часто используются в качестве токосъемных материалов для положительных и отрицательных электродов литий-ионных батарей.

Плохая адгезия, местная коррозия (точечная коррозия), общая коррозия, образование пассивного покрытия после коррозии токосъемника и другие факторы повышают внутреннее сопротивление батареи, уменьшая емкость и снижая эффективность разряда. Кислотно-щелочное травление, токопроводящее покрытие и другие методы предварительной обработки могут улучшить адгезию и коррозионную стойкость.

Цикл зарядки и разрядки

Литий-ионные аккумуляторные батареи используются в процессе циклов зарядки и разрядки. На жизненный цикл литий-ионных аккумуляторов существенное влияние оказывает величина тока заряда и разряда, выбор напряжения отсечки заряда и разряда, используемый метод заряда и разряда и т. д. Производительность литий-ионных аккумуляторов Аккумуляторная батарея будет уменьшена за счет случайных изменений рабочего тока батареи, напряжения отключения заряда и напряжения отключения разряда.

Отрицательный электрод будет подвергаться чрезмерному удалению ионов лития в процессе чрезмерного разряда, что затрудняет их повторную интеркалацию во время последующего заряда. Способность литий-ионных аккумуляторов к разрядке и их эффективность в течение всего цикла зарядки-разрядки значительно снижаются. Кроме того, литий-ионные батареи в условиях сильного тока очень склонны к перегоранию, а также могут быть повреждены детали оборудования.