鉅大LARGE | 點(diǎn)擊量:797次 | 2021年04月08日
你了解鋰離子電池嗎?好的鋰離子電池是什么樣的
1壽命長
二次電池壽命,包括循環(huán)壽命和日歷壽命兩個(gè)指標(biāo)。循環(huán)壽命是指電池經(jīng)歷了廠家承諾的循環(huán)次數(shù)后,剩余容量仍然大于等于80%。日歷壽命是指無論使用與否,在廠家承諾的時(shí)間段內(nèi),其剩余容量不得小于80%。
壽命,是動力鋰電池的關(guān)鍵性指標(biāo)之一,一方面,更換電池這個(gè)大動作確實(shí)麻煩且用戶體驗(yàn)不好;另一方面,根本上,壽命是成本問題。
有這樣一個(gè)概念全生命周期度電成本,動力鋰電池總電量乘以循環(huán)次數(shù)得到電池全生命周期可以利用的電量總和,用電池包總體價(jià)格除以這個(gè)總和,得到全生命周期內(nèi)每度電的價(jià)格。
我們平時(shí)所說的電池價(jià)格,比如1500元/kWh,都只是按照新電芯的總能量去計(jì)價(jià),其實(shí),全生命周期度電成本,才是終端客戶的直接利益所在。最直觀的結(jié)果就是,同樣的價(jià)格買到同樣電量的兩個(gè)電池包,一個(gè)充放50次就到了壽命終點(diǎn),另一個(gè)充放了100次還能再用。這兩個(gè)電池包,那個(gè)便宜哪個(gè)貴就一目了然了。
充電溫度:0~45℃
-放電溫度:-40~+55℃
-40℃最大放電倍率:1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
2成本低
電池本身每度電的價(jià)格低,是最直觀的成本。加上前面所說,對用戶來說,成本是否真的低,還要看全生命周期度電成本。
除了上面的兩種成本,電池的維護(hù)成本也要考慮。針對電芯本身的維護(hù),重要指手動均衡。BMS自帶的均衡功能受限于自身設(shè)計(jì)均衡電流的大小,可能無法實(shí)現(xiàn)電芯之間的理想均衡,隨著時(shí)間的積累,電池組中就會出現(xiàn)壓差過大問題。遇到此類情形,只得進(jìn)行手動均衡,對電壓過低的電芯單獨(dú)充電。這種情形出現(xiàn)的頻率越低,則維護(hù)成本越低。
3能量密度高/功率密度高
能量密度,指單位重量或者單位體積內(nèi)包含的能量;功率密度是指單位重量或者體積對應(yīng)的最大放電功率的數(shù)值。在道路車輛有限的空間內(nèi),只有通過提高密度才能有效提高總體能量和總體功率。加之,當(dāng)前的國家補(bǔ)貼,把能量密度和功率密度作為衡量補(bǔ)貼檔次的門檻,更加強(qiáng)化了密度的重要性。
標(biāo)稱電壓:28.8V
標(biāo)稱容量:34.3Ah
電池尺寸:(92.75±0.5)* (211±0.3)* (281±0.3)mm
應(yīng)用領(lǐng)域:勘探測繪、無人設(shè)備
但能量密度與安全性之間,存在著一定的矛盾關(guān)系,隨著能量密度的提高,安全性總會面對更新更艱巨的挑戰(zhàn)。
4庫倫效率高
鋰離子電池放電過程中放出的能量與此次放電之前電池從0開始充入電池的能量之比,叫做庫倫效率。效率的高低,重要與電池內(nèi)阻大小有關(guān)。相關(guān)于其他類型的可充電電池,鋰離子電池的充放電效率比較高,一般都在98%以上,因此,這個(gè)參數(shù)往往不被過多提及。
5電壓高
由于負(fù)極材料基本都采用石墨電極,鋰離子電池的電壓重要的由正極材料的材料特性決定,磷酸鐵鋰電壓上限3.6V,三元鋰和錳酸鋰離子電池最高電壓4.2V左右。研發(fā)高電壓電芯,是鋰離子電池提高能量密度的一條技術(shù)路線。提高電芯輸出電壓,要電勢高的正極材料,電勢低的負(fù)極材料和穩(wěn)定電壓高的電解液。
6高溫性能好
鋰離子電池高溫性能良好,指電芯處在較高的溫度環(huán)境中,電池正負(fù)極材料,隔膜和電解液還能夠保持良好的穩(wěn)定性,在高溫下能夠正常工作,壽命不會加速衰減,高溫不容易引起熱失控事故。
鋰離子電池的安全風(fēng)險(xiǎn),很大程度上來自于高溫。一般鋰離子電池的最高工作溫度在50℃左右,特別的可以達(dá)到60℃。負(fù)極表面的SEI膜在90℃左右就可以開始溶解,使得電芯進(jìn)入自生熱階段。自生熱帶來額外的溫升,假如不及時(shí)制止,就會有熱失控的危險(xiǎn)出現(xiàn)。
7低溫性能好
鋰離子電池低溫性能好,指低溫下,電池內(nèi)部的鋰離子和電極材料還都保持較高活性,剩余容量高,放電能力衰減少,允許充電倍率大。
隨著溫度的下降,鋰離子電池剩余容量衰減成加速形勢。溫度越低,容量衰減越快。低溫下強(qiáng)行充電的危害極大,非常容易引起熱失控事故。低溫下鋰離子和電極活性物質(zhì)活力下降,鋰離子嵌入負(fù)極材料內(nèi)部的速率嚴(yán)重下降。外加電源以超過電池允許的功率充電時(shí),大量鋰離子堆積在負(fù)極周圍,來不及嵌入電極的鋰離子得電子后直接沉積在電極表面,形成鋰單質(zhì)結(jié)晶。枝晶生長,直接穿透隔膜,刺向正極。引發(fā)正負(fù)極短路,進(jìn)而導(dǎo)致熱失控的發(fā)生。鋰單質(zhì)性質(zhì)活潑,在180℃左右就可以劇烈反應(yīng),無疑是熱失控的助推劑。
8一致性好
一致性,指應(yīng)用于同一個(gè)電池包的電芯,容量、開路電壓、內(nèi)阻、自放電等參數(shù)極差小,性能近似。自身具有優(yōu)異性能的電芯單體,假如一致性不好,成組后,往往其優(yōu)異性都被抹平。有研究表明,成組后電池組容量由最小容量電芯決定,電池包壽命小于壽命最短電芯壽命。
9安全性好
鋰離子電池的安全性,既包括內(nèi)部材質(zhì)的穩(wěn)定性,又包括電芯安全輔助措施的有效性。內(nèi)部材質(zhì)安全性指正負(fù)極材料、隔膜和電解液,熱穩(wěn)定性好,電解液與電極材料相容性好,電解液自身阻燃性好。安全輔助措施,指電芯的安全閥設(shè)計(jì),熔斷器設(shè)計(jì),溫度敏感電阻設(shè)計(jì),靈敏度適當(dāng),單個(gè)電芯故障后,可以防止故障蔓延起到隔離用途。
10設(shè)計(jì)友好,方便組裝
鋰離子電池能量密度高,為了防止單點(diǎn)能量過高,電池單體普遍能量較小。應(yīng)用于電動汽車的電池,要把大量電芯組織起來,連接成一個(gè)整體使用。單體電芯經(jīng)過焊接、壓接等各種手段,形成模組,模組再經(jīng)過高壓導(dǎo)線連接,形成電池包。這個(gè)過程中,單體電芯是否易于焊接,是否為壓接設(shè)計(jì)了連接接口,是否方便熱管理系統(tǒng)對每個(gè)電池單體發(fā)揮用途,都會影響成組設(shè)計(jì)的簡潔性和成組效率的高低。有的電芯單體密度高,但形狀不友好,加工成電池包以后,能量密度只有單體的一半。電芯單體的連接特性不好,就會白白浪費(fèi)了電芯的能量密度。能夠得到廣泛應(yīng)用的正極材料,必須滿足下列要求。
第一,材料自身電位高,這樣才能與負(fù)極材料之間形成較大的電位差,帶來能量密度高的電芯設(shè)計(jì);同時(shí)帶電離子嵌入脫出對電極電位影響小,則充放電過程,不會有過大的電壓波動,不會給系統(tǒng)內(nèi)的其他電氣帶來不利影響。
第二,材料含鋰量高且鋰離子嵌入脫嵌可逆。這是高容量的前提。有些正極材料,理論容量很高,但是有一半的鋰離子,第一次嵌入以后就失去了活性。這樣的材料,是無法投入商用的。
第三,鋰離子擴(kuò)散系數(shù)大,鋰離子在材料內(nèi)部的移動更迅速,嵌入和脫嵌的能力強(qiáng)。是影響電芯內(nèi)阻的因素,也是影響功率特性的因素。
第四,材料比表面積大,有大量的嵌鋰位置。表面積大,鋰離子的嵌入通道相對較短,則嵌入和脫嵌更容易。通道淺的同時(shí),嵌鋰位置還要充足。
第五,與電解液的相容性和熱穩(wěn)定性好,這點(diǎn)是出于安全性考慮。正極材料與電解液不容易發(fā)生反應(yīng),以及在較高溫度下依然結(jié)構(gòu)穩(wěn)定并且仍然不易與電解液反應(yīng)。這樣的材質(zhì),不會為電芯額外的熱積累供應(yīng)熱量,可以減少電芯進(jìn)入自生熱階段的概率。
第六,材料易得,且加工性能好。成本低,材料容易加工成電極,且電極結(jié)構(gòu)穩(wěn)定,是材料得到推廣應(yīng)用的有利條件。