Awọn ipilẹ ti Imọ-ẹrọ Batiri Lithium Ion

Awọn batiri ion litiumu ko ni “ipilẹṣẹ” gaan ni ọna ti ọpọlọpọ eniyan ro nipa rẹ. Ohun ti wọn ṣe ni ṣafipamọ agbara itanna nipasẹ awọn aati elekitirokemika iyipada, lẹhinna tu silẹ nigbati Circuit ita ba nilo lọwọlọwọ. Idarudapọ nipa eyi wa pupọ ni awọn ipade apẹrẹ, paapaa nigbati ẹnikan n gbiyanju lati iwọn idii batiri fun igba akọkọ.

Awọn nkan meji n ṣẹlẹ lakoko idasilẹ. Ni akọkọ, awọn ions lithium jade lati inu elekiturodu odi (anode) nipasẹ elekitiroti ati oluyapa si elekiturodu rere (cathode). Ẹlẹẹkeji, awọn elekitironi n ṣàn nipasẹ agbegbe ita lati anode si cathode, ṣiṣe iṣẹ ti o wulo. Lakoko gbigba agbara, o yi ilana naa pada nipa lilo foliteji ita ti o fi agbara mu awọn ions ati awọn elekitironi lati lọ si ọna idakeji.

Foliteji ti sẹẹli n gbejade dale lori awọn ohun elo elekiturodu ti o yan ati awọn agbara elekitirokemika oniwun wọn. Sẹẹli tuntun ti o joko lori selifu ti ko ni ẹru yoo ṣe afihan ṣiṣi{1}} foliteji ayika{2} ni deede ni ayika 3.6 si 3.7V fun ọpọlọpọ awọn kemistri lithium ion, botilẹjẹpe nọmba yii n lọ yika da lori ipo idiyele ati iwọn otutu. Ni kete ti o ba so ẹru kan pọ ki o bẹrẹ iyaworan lọwọlọwọ, foliteji naa ṣubu nitori resistance inu. Elo ni o sọ fun ọ pupọ nipa ilera sẹẹli naa.

Lithium Ion Battery Technology

Gbogbo awọn sẹẹli ion litiumu pin ipin ipilẹ iṣẹ ṣiṣe kanna, ṣugbọn awọn kemistri yatọ lọpọlọpọ. Ohun elo cathode ṣe ipinnu pataki awọn abuda iṣẹ sẹẹli naa{1}}iwuwo agbara, agbara agbara, igbesi aye yipo, iduroṣinṣin igbona, ati idiyele.

Awọn cathodes oxide Layered jẹ kemistri iṣowo akọkọ. Sony ṣe afihan wọn pada ni 1991 pẹlu LiCoO₂ (lithium cobalt oxide), eyiti o tun lo ninu ẹrọ itanna olumulo nibiti iwuwo agbara ṣe pataki ju idiyele tabi awọn ala ailewu. Awọn sẹẹli wọnyi kojọpọ ni aijọju 150-200 Wh/kg ni ipele sẹẹli. Cobalt gbowolori botilẹjẹpe, ati kemistri n ni riru ju iwọn 150 lọ. A ti rii ibẹrẹ ijade igbona ni awọn iwọn otutu bi iwọn kekere bi 130 ni awọn sẹẹli ti o ni ilokulo.

Wakọ fun aabo to dara julọ ati iye owo kekere yori si LiMn₂O₄ (lithium manganese oxide) ni aarin{7}}1990s. Manganese jẹ olowo poku ati pe eto ọpa ẹhin jẹ iduroṣinṣin diẹ sii. Awọn sẹẹli wọnyi kii yoo sa lọ titi ti o fi kọja iwọn 250 ni igbagbogbo. Iṣowo naa? Iwuwo agbara lọ silẹ si 100-120 Wh/kg, ati manganese ntu sinu elekitiroti ni akoko pupọ, paapaa ni awọn iwọn otutu ti o ga. Igbesi aye ọmọ n jiya-o n wo boya awọn akoko 300-700 ṣaaju ki agbara lọ silẹ ni isalẹ 80%.

LiFePO₄ (lithium iron fosifeti) fihan ni ayika 2001 o si yi ibaraẹnisọrọ aabo pada. Ilana olivine jẹ apata - ti o lagbara; igbona runaway ko waye titi ti o ga ju iwọn 270, ati paapaa lẹhinna o kere si iwa-ipa. Igbesi aye yiyi ṣe pataki-2, 000+ awọn iyipo si agbara 80% jẹ boṣewa, ati pe diẹ ninu awọn sẹẹli ti ni idanwo ti o ti kọja 5,000 iyipo. Isalẹ jẹ foliteji: nikan 3.2V ipin, ati iwuwo agbara ni opin si 90-120 Wh / kg. Pẹlupẹlu, ipo itọsi fosifeti jẹ idoti fun awọn ọdun.

NMC (lithium nickel manganese cobalt oxide) ati NCA (lithium nickel cobalt aluminum oxide) farahan bi awọn kemistri “iwọntunwọnsi”. Nipa didapọ nickel, manganese, ati koluboti ni oniruuru awọn ipin -awọn ti o wọpọ jẹ NMC 111, 532, 622, ati 811 nibiti awọn nọmba naa ṣe afihan akoonu irin ibatan-o le tunse iṣẹ naa. Akoonu nickel ti o ga julọ nfa iwuwo agbara soke si 200-250 Wh/kg ṣugbọn ni idiyele iduroṣinṣin igbona ati igbesi aye iyipo. Awọn sẹẹli NMC 811 le kọlu 250 Wh/kg ṣugbọn nilo iṣakoso igbona iṣọra pupọ diẹ sii.

Ni apa anode, graphite ti jẹ boṣewa lati ọjọ kini. Agbara imọ-jinlẹ jẹ 372 mAh / g, ati awọn sẹẹli iṣowo ni igbagbogbo ṣaṣeyọri 340-360 mAh / g. Lithium intercalates laarin awọn ipele graphene lakoko gbigba agbara, faagun iwọn didun lẹẹdi nipasẹ aijọju 10%. Aapọn ẹrọ yi ṣe alabapin si ipare agbara lori gigun kẹkẹ.

Silicon anodes ti jẹ “ohun nla ti o tẹle” fun bii ọdun mẹdogun ni bayi. Agbara imọ-ẹrọ Silicon jẹ 4,200 mAh/g- diẹ sii ju igba graphite lọ. Isoro ni, silikoni gbooro nipasẹ 300% nigbati o fa litiumu. Eleyi fi opin si anode yato si lẹhin kan diẹ waye. Awọn isunmọ lọwọlọwọ lo silikoni- awọn akojọpọ lẹẹdi pẹlu akoonu silikoni deede labẹ 10% lati jẹ ki imugboroja le ṣakoso. Paapaa nitorinaa, akọkọ - ipadanu agbara ti ko le yipada nṣiṣẹ 15{13}}25% ninu awọn anodes ti o ni silikoni dipo 5-10% fun graphite mimọ.

Awọn sẹẹli cylindrical jasi ohun ti ọpọlọpọ eniyan yaworan nigbati wọn ro “batiri”. Ọna kika 18650 (ipin 18mm, ipari 65mm) di ibi gbogbo lẹhin ti awọn aṣelọpọ kọǹpútà alágbèéká ṣe idiwọn lori rẹ ni ibẹrẹ 2000s. Tesla olokiki lo egbegberun wọn ninu atilẹba Roadster. Aṣoju agbara 18650 nṣiṣẹ 2,000-3,500 mAh da lori kemistri ati boya o mu ki agbara tabi agbara ṣiṣẹ.

Ọna kika 21700 tuntun (21mm × 70mm) ti Tesla ati Panasonic ni idagbasoke apapọ nfunni ni iwọn 50% agbara diẹ sii fun sẹẹli-4,000-5,000 mAh jẹ wọpọ ni bayi. Iwọn ila opin ti o tobi julọ pọ si ipin ti ohun elo ti nṣiṣe lọwọ si awọn paati aiṣiṣẹ (awọn olugba lọwọlọwọ, le, awọn ẹrọ aabo), imudarasi iwuwo agbara ni ipele idii. Awọn laini iṣelọpọ ni lati tunṣe, eyiti o jẹ apakan ti idi ti isọdọmọ gba igba diẹ.

Awọn sẹẹli Prismatic wa lati ifẹ ile-iṣẹ adaṣe fun ilo aye to dara julọ. Dipo ki o kun apoti kan pẹlu awọn silinda ati fifi gbogbo aaye ti o ṣofo silẹ, o ṣe awọn sẹẹli onigun mẹrin ti o ṣajọpọ daradara. Ọkọ ayọkẹlẹ - awọn sẹẹli alakọbẹrẹ wa lati 20Ah si agbara 100Ah. Wọn rọrun lati gbigbona- ṣakoso lati oju iṣakojọpọ nitori o le fi awọn awo itutu agbaiye taara si awọn ẹgbẹ alapin. Idakeji ni pe o ti ni gbogbo awọn eyin rẹ ni awọn agbọn diẹ diẹ - ti sẹẹli prismatic nla kan ba kuna, o padanu agbara diẹ sii ju ti sẹẹli kekere kan ba kuna.

Awọn sẹẹli apo kekere gba imọran ṣiṣe aaye siwaju sii nipa imukuro irin le patapata. Awọn sẹẹli naa ti wa ni edidi ninu aluminiomu to rọ -apo laminate. Eyi fipamọ boya 10 -15% iwuwo dipo agbara prismatic kan, ati pe ọna kika naa rọ pupọ-o le ṣe wọn ni iwọn eyikeyi tabi ṣe apẹrẹ ohun elo naa nilo. Awọn aṣelọpọ EV fẹran wọn nitori o le ṣe akopọ wọn taara ni awọn awo itutu agbaiye. Ailagbara naa jẹ ẹrọ: wọn nilo funmorawon ita lati ṣe idiwọ delamination elekiturodu lakoko gigun kẹkẹ, ati pe wọn jẹ ipalara diẹ sii si ibajẹ puncture.

Lithium Ion Battery Technology

Oluyapa naa ko ni akiyesi pupọ, ṣugbọn o jẹ ijiyan paati aabo to ṣe pataki julọ. O jẹ tinrin (16-25 μm ni igbagbogbo) awo awọ ara ti o ni agbara ti o jẹ ki anode ati cathode duro lati fi ọwọ kan lakoko gbigba awọn ions lithium laaye lati kọja. Awọn oluyapa akọkọ jẹ polyethylene-Layer (PE) tabi polypropylene (PP).

Awọn oluyapa iṣẹ ṣiṣe giga ode oni lo awọn ẹya trilayer, ni deede PP/PE/PP. Ipele PE ni aaye yo kekere kan (iwọn 135) ju PP (iwọn 165). Ti sẹẹli ba bẹrẹ igbona pupọ, PE yoo yo ati ki o kun awọn pores, tiipa gbigbe ionic ṣaaju ki iwọn otutu de awọn ipele ti o lewu. Eyi ni a pe ni tiipa igbona, ati pe o jẹ laini aabo rẹ ti o kẹhin ṣaaju salọ igbona.

Seramiki{0}}Awọn iyapa ti a bo ṣe afikun ala ailewu miiran. Tinrin (2-4 μm) bo ti alumina tabi awọn patikulu seramiki miiran ni ọkan tabi ẹgbẹ mejeeji ti oluyapa n ṣetọju iduroṣinṣin igbekalẹ paapaa ti polima ba yo. Aso naa ti laya to pe gbigbe ionic tẹsiwaju, ṣugbọn o ṣe idiwọ fun elekiturodu lati kukuru - paapaa ni awọn iwọn otutu ti o ga ju iwọn 150 lọ. Iwa-isalẹ jẹ iye owo -seramiki{10}}awọn oluyapa ti a bo nṣiṣẹ 2-3× idiyele ti awọn iyapa boṣewa-ati pe o ga diẹ ninu ikọlu.

Porosity deede nṣiṣẹ 40-50%. Ju kekere ati ionic resistance lọ soke, diwọn agbara agbara. Ga ju ati darí agbara jiya. Pore iwọn pinpin ọrọ tun; awọn Gurley nọmba (air permeability igbeyewo) ni a boṣewa spec. Pupọ julọ awọn oluyapa ipele EV-200-400 aaya / 100cc.

Electrolyte ninu sẹẹli ion litiumu jẹ eka sii ju bi o ṣe le ronu lọ. Ilana ipilẹ jẹ igbagbogbo iyọ lithium{1}LiPF₆ (lithium hexafluorophosphate) ninu 95%+ ti awọn sẹẹli{4}} ti a tu sinu apopọ awọn carbonates Organic. Awọn nkan ti o wọpọ pẹlu ethylene carbonate (EC), carbonate dimethyl (DMC), carbonate diethyl (DEC), ati ethyl methyl carbonate (EMC).

Idojukọ LiPF₆ nigbagbogbo wa ni ayika 1.0 si 1.2 M (molar). Idojukọ ti o ga julọ ṣe ilọsiwaju ionic conductivity to aaye kan, ṣugbọn kọja 1.3 M tabi bẹ bẹ o bẹrẹ si ni jijo iyo ni awọn iwọn otutu kekere. LiPF₆ ni awọn iṣoro -o jẹ ọrinrin{{6}ti o ni ifaramọ ati bẹrẹ jijẹ ju iwọn 60 lọ {{8}ṣugbọn awọn omiiran bii LiBOB tabi LiFSI ko tii nipo pada sibẹsibẹ nitori idiyele tabi awọn iṣowo miiran.

Iparapọ epo kaboneti ti wa ni aifwy fun ohun elo naa. EC ni igbagbogbo dielectric giga ati SEI to dara- awọn ohun-ini ti o ṣẹda, ṣugbọn o di ni iwọn 36. O nilo lati dapọ mọ - awọn carbonates viscosity kekere bii DMC tabi EMC lati ṣetọju iṣẹ iwọn otutu kekere{{5}. Ilana aṣoju le jẹ EC:DMC 1:1 nipasẹ iwọn didun, tabi EC:EMC 3:7. Awọn ipin deede jẹ ohun-ini ati aabo ni pẹkipẹki.

Awọn afikun ni ibi ti idan kemistri gidi ti ṣẹlẹ. Electrolytes ode oni ni 2-5% nipa iwuwo orisirisi awọn afikun ti o ṣe atunṣe idasile SEI, ṣe idiwọ gbigba agbara ju, dinku iran gaasi, tabi mu ilọsiwaju ga-iduroṣinṣin iwọn otutu. Vinylene carbonate (VC) ni 1-2% jẹ fere gbogbo agbaye fun imudarasi didara SEI lori awọn anodes graphite. Fluoroethylene carbonate (FEC) ṣiṣẹ dara julọ fun awọn anodes ti o ni ohun alumọni. Awọn agbo-ogun wọnyi ni pataki dinku lakoko awọn akoko gbigba agbara ni ibẹrẹ, ti o ṣẹda Layer aabo lori anode ti o jẹ adaṣe ionically ṣugbọn idabobo itanna.

Awọn afikun aabo gbigba agbara bii biphenyl tabi cyclohexylbenzene bẹrẹ polymerizing ni ayika 4.5V, ṣiṣẹda shunt inu ti o ṣe idiwọ foliteji lati gun siwaju. Eyi yoo fun ọ ni aabo diẹ ti BMS ba kuna, botilẹjẹpe gbigbekele rẹ han gbangba kii ṣe iṣe apẹrẹ ti o dara julọ.

SEI le jẹ oye ti o kere julọ ṣugbọn abala pataki julọ ti iṣẹ batiri lithium ion. Lakoko awọn akoko gbigba agbara diẹ akọkọ, awọn paati elekitiroti ṣe idahun pẹlu dada anode, ti o di Layer passivation. Layer yii ṣe pataki: o gbọdọ jẹ adaṣe ionically (lati gba awọn ions litiumu laaye nipasẹ) ṣugbọn idabobo itanna (lati ṣe idiwọ jijẹ elekitiroti siwaju). Akopọ SEI jẹ idarudapọ - awọn dosinni ti iyọ lithium, awọn agbo ogun eleto, ati awọn polima gbogbo wọn dapọ jọpọ ni ipele 10-100 nm nipọn.

Ipilẹṣẹ SEI ti o dara jẹ iyatọ laarin sẹẹli ti o yiyi ni awọn akoko 500 ati ọkan ti o yiyi awọn akoko 3,000. Iṣoro naa ni pe SEI kii ṣe aimi. O dojuijako lakoko awọn iyipada iwọn didun ninu anode, ṣiṣafihan oju tuntun ti o nlo elekitiroti diẹ sii ati litiumu lati tunṣe ibajẹ naa. Eyi ni idi ti agbara fi rọ lori gigun kẹkẹ paapaa nigba ti o ba jẹ onírẹlẹ pẹlu sẹẹli naa.

Gigun kẹkẹ idasile jẹ igbesẹ iṣelọpọ to ṣe pataki. Awọn sẹẹli gba idiyele lọra kan tabi diẹ sii - awọn iyipo itusilẹ ni awọn iwọn otutu iṣakoso lati fi idi SEI akọkọ mulẹ. Awọn ilana igbekalẹ jẹ ohun-ini, ṣugbọn aṣoju akọkọ - awọn oṣuwọn gbigba agbara kẹkẹ jẹ C/20 si C/10, ilana naa le gba wakati 24-48. Awọn olupilẹṣẹ ṣe iṣapeye awọn opin foliteji idasile, iwọn otutu, awọn akoko isinmi, ati awọn ilana gigun kẹkẹ lati ṣe agbejade iduroṣinṣin SEI ti o ṣeeṣe julọ. Gbigba aṣiṣe yii jẹ iye owo ti o yipo aye.

Kalẹnda ti ogbo -pipadanu agbara paapaa nigbati sẹẹli kan joko sibẹ{1} jẹ pataki lasan SEI paapaa. SEI tẹsiwaju lati dagba laiyara ni agbegbe ṣiṣi, n gba litiumu cyclable. Ibi ipamọ ni ipo idiyele giga ati iwọn otutu giga n mu eyi pọ si. Ẹyin ti o fipamọ ni 100% SOC ati iwọn 60 le padanu agbara 20% ni ọdun kan, lakoko ti sẹẹli kanna ni 50% SOC ati iwọn 25 le padanu 3%.

Awọn sẹẹli ion lithium jẹ ifarabalẹ si gbigba agbara ju, ju - itusilẹ, ati gbigba agbara ni awọn iwọn otutu ti ko yẹ. Eyi ni idi ti gbogbo idii batiri pupọ{2}} nilo BMS (eto iṣakoso batiri).

Ọna gbigba agbara boṣewa jẹ lọwọlọwọ lọwọlọwọ/foliteji igbagbogbo (CC{0}}CV). Lakoko ipele CC, o tẹ lọwọlọwọ sinu sẹẹli ni iwọn ti o wa titi- ni deede 0.5C si 1C fun ọpọlọpọ awọn sẹẹli, botilẹjẹpe diẹ ninu awọn sẹẹli agbara giga{5} le mu 3C tabi diẹ sii. Foliteji dide bi awọn idiyele sẹẹli. Nigbati foliteji ba de opin oke (4.2V fun ọpọlọpọ awọn kemistri, 3.65V fun LFP, 4.3V tabi 4.35V fun diẹ ninu awọn iyatọ NMC ti o ga{13}}agbara), o yipada si ipo CV. Awọn tapers lọwọlọwọ bi sẹẹli ti n sunmọ idiyele ni kikun, ni igbagbogbo gige ni pipa nigbati lọwọlọwọ ba lọ silẹ ni isalẹ C/20 tabi C/50.

Gbigba agbara yara jẹ idiju diẹ sii. Awọn oṣuwọn idiyele ti o ga julọ nmu dida lithium ṣiṣẹ lori anode, eyiti o lewu{1} lithium metalliki jẹ ifaseyin gaan ati pe o le ja si awọn kukuru inu tabi idasile dendrite ti o wọ inu oluyapa naa. Lati gba agbara ni ailewu- o nilo lati ni oye bi foliteji, lọwọlọwọ, ati iwọn otutu ṣe nlo pẹlu awọn ipo ibẹrẹ lithium.

Ọrọ naa ni pe o ko le ṣe iwọn didasilẹ litiumu taara ninu sẹẹli ti a fi edidi kan. O ni lati infer lati awọn ifihan agbara miiran. Ọna kan ni lati tọpa agbara anode dipo itọkasi irin litiumu. Ti agbara anode ba lọ ni isalẹ 0V dipo Li/Li⁺, fifisilẹ n ṣẹlẹ. Iṣoro naa ni, pupọ julọ awọn sẹẹli iṣowo ko ni awọn amọna itọkasi.

Iwọn otutu dide lakoko gbigba agbara iyara tun ṣe pataki. Gbigba agbara sẹẹli ni 2C le rii iwọn otutu inu rẹ ga soke 15-20 ìyí loke ibaramu paapaa pẹlu itutu agbaiye lọwọ. Ni awọn iwọn otutu otutu, eyi jẹ iranlọwọ gangan - sẹẹli tutu kan (sọ -10 iwọn) ko ni agbara agbara pupọ, ṣugbọn ti o ba le gbona rẹ nipa gbigba agbara ni awọn iwọn iwọnwọn (0.5C), iṣẹ ṣiṣe dara si. Diẹ ninu awọn EVs gangan ṣe eyi ni idi: ni oju ojo tutu, wọn yoo ṣiṣẹ pulse idiyele lọwọlọwọ kukuru lati gbona batiri ṣaaju ki awakọ naa beere agbara giga fun isare.

Iwọntunwọnsi sẹẹli jẹ pataki nitori awọn sẹẹli ninu jara ko duro ni ibamu ni pipe. Awọn ifarada iṣelọpọ iṣelọpọ, awọn iyatọ kekere ninu awọn oṣuwọn isọjade ti ara ẹni{1}, ati awọn iwọn itusilẹ igbona kọja idii naa fa fifa foliteji. Ti o ba gba agbara okun lẹsẹsẹ laisi iwọntunwọnsi, diẹ ninu awọn sẹẹli lu opin foliteji oke ṣaaju awọn miiran. Awọn sẹẹli ti o lagbara ko ni agbara, awọn sẹẹli alailagbara ti gba agbara pupọ, ati iṣẹ ṣiṣe n jiya.

Iwontunwonsi palolo nlo awọn resistors lati jẹ ẹjẹ kuro ni agbara lati awọn sẹẹli ti o ga julọ-. O rọrun ati olowo poku ṣugbọn npadanu agbara bi ooru. Iwontunwonsi ti nṣiṣe lọwọ nlo DC{3}Awọn oluyipada DC tabi awọn agbara agbara lati gbe agbara lati awọn sẹẹli giga si awọn sẹẹli kekere. Lilo daradara diẹ sii, eka sii, gbowolori diẹ sii. Fun idii 400V EV, iwọntunwọnsi palolo le jafara 50-100W nigbagbogbo, eyiti o jẹ aifiyesi ni akawe si agbara awakọ ṣugbọn ṣe afikun ni akoko pupọ.

Lithium Ion Battery Technology

Iran ooru ninu sẹẹli ion litiumu kan wa lati awọn orisun mẹta: ooru ti ko le yipada (Igbona Joule lati inu resistance inu), ooru iyipada (iyipada entropy ti iṣesi elekitiroki), ati ooru lati awọn aati ẹgbẹ. Ni kekere si iwọntunwọnsi C{1}, ooru ti o le yi pada jẹ gaba lori. Ni awọn oṣuwọn C{3} ti o ga, ooru ti ko le yi pada gba.

Oro ooru iyipada jẹ ohun ti o nifẹ nitori pe o yipada ami ti o da lori SOC. Fun ọpọlọpọ awọn kemistri ion litiumu, gbigba agbara n ṣe ina ooru ni SOC kekere ṣugbọn fa ooru ni SOC giga. Discharging ṣe idakeji. Aaye adakoja wa ni ayika 50-60% SOC ni igbagbogbo. Eyi ni idi ti o le rii iwọn otutu sẹẹli gangan silẹ lakoko ipele ikẹhin ti gbigba agbara ti lọwọlọwọ ba kere to.

Idaduro inu yatọ pẹlu iwọn otutu, SOC, ati ti ogbo. Ni iwọn 25, sẹẹli titun 18650 le ni 40{8}}60 milliohms DC resistance. Ni iwọn -20, iyẹn le fo si 200-300 milliohms. Eyi ni idi ti iwọn otutu EV ti oju ojo tutu ṣubu silẹ pupọ. Kii ṣe nikan ni kemistri losokepupo ni awọn iwọn otutu kekere, ṣugbọn ilosoke resistance inu inu tumọ si diẹ sii ti agbara batiri naa ti sọnu bi ooru inu sẹẹli naa.

Ilẹ-ile salọ igbona da lori kemistri. Fun awọn sẹẹli NMC, awọn aati ibajẹ exothermic bẹrẹ ni ayika iwọn 180-220. Ni kete ti o bẹrẹ, iwọn otutu le dide ni iwọn 10-50 fun iṣẹju kan, de iwọn 800 tabi ga julọ. LFP jẹ ailewu pupọ; Ibẹrẹ ilọkuro gbona jẹ iwọn 270 + ati pe iwọn otutu ti o pọ julọ ti de ti lọ silẹ.

Itankale laarin awọn sẹẹli ninu idii jẹ eewu gidi. Bí sẹ́ẹ̀lì kan bá lọ sá lọ sáàárín ooru, ó máa ń mú àwọn aládùúgbò rẹ̀ gbóná. Boya awọn sẹẹli adugbo tun sa lọ da lori agbara itutu agbaiye, aye sẹẹli, ati idabobo. Idanwo itanka UL 9540A ṣe afiṣe eyi nipa fipa mu sẹẹli kan sinu igbona runaway ati abojuto boya awọn sẹẹli ti o wa nitosi tẹle. Apẹrẹ idii to dara ni ikuna si sẹẹli kan tabi pupọ julọ module kekere kan.

Awọn ilana itutu agbaiye yatọ. Itutu afẹfẹ jẹ rọrun julọ{1}fun afẹfẹ lori awọn sẹẹli tabi idii. Ṣiṣẹ O dara fun awọn ohun elo iwuwo kekere bi PHEVs tabi awọn ọna ipamọ agbara. Itutu agba omi jẹ dandan fun iṣẹ giga{4} EVs. Pupọ julọ awọn apẹrẹ lo omi 50:50 - glycol dapọ ni 10-25 liters fun iṣẹju kan nipasẹ awọn awo tutu tabi awọn ikanni itutu agbaiye. Iwọn otutu igbawọle jẹ iṣakoso deede si iwọn 20-35. Awọn iwọn iwọn otutu idii batiri yẹ ki o duro ni isalẹ iwọn 5 max si min lati yago fun isare ti ogbo ti awọn sẹẹli to gbona julọ.

Diẹ ninu awọn apẹrẹ idanwo lo itutu agbaiye, itutu agbaiye ninu omi dielectric, tabi ipele{0}} awọn ohun elo iyipada. Itutu agbaiye le fa ooru diẹ sii jade ṣugbọn nilo eto AC eka diẹ sii. Itutu agbaiye ni awọn iyeida gbigbe ooru to dara julọ (500-2,000 W/m²K dipo 50-150 W/m²K fun itutu omi aiṣe-taara) ṣugbọn lilẹ ati ibaramu omi jẹ awọn italaya. Awọn PCM ṣiṣẹ lainidi ṣugbọn o nilo lati kọ ooru ti o fipamọ nikẹhin, nitorinaa wọn ṣe iranlọwọ ni pataki pẹlu itutu agbaiye lakoko gbigba agbara iyara tabi isare lile.

Ipare agbara ati idagbasoke ikọlu jẹ awọn ọna ṣiṣe ibajẹ akọkọ meji. Wọn ṣẹlẹ nipasẹ ọpọlọpọ awọn ilana ti ara ati kemikali ti o ṣẹlẹ ni akoko kanna.

Ni apa anode, idagbasoke SEI n gba litiumu cyclable ati elekitiroti, jijẹ resistance. Exfoliation graphite le ṣẹlẹ ti sẹẹli ba gba agbara ni iwọn otutu kekere{1}} awọn awo lithium lori ilẹ graphite dipo sisọpọ, ati nigba ti o ba paapọ nikẹhin, yoo fọ ilana graphite yato si. Eleyi jẹ igba irreversible. Jijejijẹ binder ni awọn iwọn otutu ti o ga nfa isonu ti olubasọrọ itanna laarin awọn patikulu.

Ibajẹ Cathode pẹlu itusilẹ irin iyipada (paapaa manganese ni LMO tabi manganese{0}} ti o ni NMC ninu), awọn ayipada igbekale lati ifibọ lithium leralera, ati atunkọ oju ni giga{1} nickel cathodes. Awọn irin iyipada ti o tituka naa lọ si anode nibiti wọn ti ṣe itọsi idagbasoke SEI, nitorinaa ibajẹ cathode ni aiṣe-taara ṣe iyara ibajẹ anode.

Electrolyte jijera ati gaasi iran ni o wa tobi isoro ni ga foliteji ati ki o ga awọn iwọn otutu. Awọn gaasi ti o wọpọ pẹlu CO₂, CO, ati ọpọlọpọ awọn hydrocarbons lati jijẹ kaboneti. Ninu awọn sẹẹli apo, iwọ yoo rii apo kekere ti o wú ni hihan. Ni awọn sẹẹli iyipo tabi awọn sẹẹli prismatic pẹlu awọn ọran lile, titẹ duro titi ti ẹnu-ọna aabo yoo ṣii (ni deede ni igi 10-15).

Pipadanu ọja-ọja litiumu jẹ ẹrọ ipare nla kan. Ni gbogbo igba ti SEI ba dagba tabi awọn awo litiumu ti ko ni iyipada lori anode, diẹ ninu litiumu ni a mu jade ninu adagun litiumu cyclable. Níkẹyìn o ṣiṣe jade ati agbara silė.

Awọn ikuna lojiji le waye lati awọn kukuru inu. Pupọ julọ awọn kuru kekere bẹrẹ kekere-patipa irin kekere kan n lu oluyapa, tabi dendrite lithium kan dagba nipasẹ. Kukuru ṣẹda aaye gbigbona, eyiti o yara ibajẹ ni agbegbe, eyiti o jẹ ki kukuru buru, ati pe o gba lupu esi rere. Nigba miiran sẹẹli ara ẹni - larada ti kukuru ba yo funrararẹ. Awọn igba miiran o nlọ si igbona runaway.

Awọn idanwo ilaluja eekanna (fifi ipa mu eekanna irin nipasẹ sẹẹli ti o gba agbara) jẹ idanwo ilokulo boṣewa. Awọn sẹẹli LFP ni igbagbogbo ko lọ sinu igbona jijinna lati inu eekanna. Awọn sẹẹli NMC nigbagbogbo n ṣe, botilẹjẹpe awọn apẹrẹ pẹlu awọn iyapa to dara julọ ati agbara kan pato le ma kọja nigbakan.

Ṣe nọmba 5 ṣe ipinnu idaduro agbara dipo nọmba ọmọ fun ọpọlọpọ awọn kemistri labẹ awọn ipo gigun kẹkẹ iwọntunwọnsi (idiyele 1C / itusilẹ, iwọn 25, 100% DOD).

O ko le ṣe iwọn taara iye agbara ti o wa ninu sẹẹli ion litiumu kan. O ni lati ṣe iṣiro rẹ lati awọn wiwọn miiran: foliteji, lọwọlọwọ, ati iwọn otutu.

Ọna ifoju SOC ti o rọrun julọ jẹ orisun foliteji -. Kemistri kọọkan ni ṣiṣi abuda kan - foliteji ayika dipo ọna SOC. Ṣe iwọn foliteji naa lẹhin ti sẹẹli naa ti sinmi fun igba diẹ (lati jẹ ki foliteji tionkojalo silẹ lati ibajẹ resistance inu), wo o lori ọna OCV, ati pe o mọ SOC. Isoro ni, o ṣọwọn ni akoko fun sẹẹli lati sinmi ni awọn ohun elo gidi.

Kika Coulomb jẹ ọna boṣewa. O ṣepọ lọwọlọwọ lori akoko lati tọpa idiyele ninu ati ita. Ti o ba bẹrẹ ni SOC ti a mọ, o le ṣe iṣiro SOC tuntun nigbakugba. Yiye da lori sensọ lọwọlọwọ rẹ (± 0.5% jẹ aṣoju) ati mimọ agbara otitọ. Awọn aṣiṣe kojọpọ ni akoko pupọ, nitorinaa o nilo lati ṣe atunṣe lorekore nipasẹ ṣiṣe idiyele ni kikun tabi iyipo idasilẹ.

Awoṣe - Awọn ọna ti o da lori lo awoṣe iyika deede tabi awoṣe elekitiroki ti sẹẹli naa. O ṣe iwọn foliteji ebute ati lọwọlọwọ, ṣiṣe wọn nipasẹ awoṣe rẹ, ati jade awọn ipinlẹ inu pẹlu SOC. Awọn asẹ Kalman gbooro tabi awọn alafojusi ipinlẹ ti o jọra jẹ wọpọ. Awọn ọna wọnyi le jẹ deede pupọ (± 2% aṣiṣe SOC) ṣugbọn nilo awọn awoṣe to dara ati awọn orisun iṣiro pataki.

Iṣiro SOH le nitori pe o n gbiyanju lati ṣe iwọn ibajẹ, eyiti o lọra ati mimu. Irẹwẹsi agbara ati idagbasoke ikọlu ko ni dandan ni ibamu laini pẹlu ara wọn tabi pẹlu kika ọmọ. Ẹnu alagbeka ti o yara pupọ - le ni idiwọ giga ṣugbọn agbara iwọntunwọnsi nikan. Ẹyin ti o ti fipamọ ni SOC/iwọn otutu ti o ga le ni ipare agbara to ṣe pataki ṣugbọn idagba ikọjusi kekere.

Iṣe ile-iṣẹ ni lati ṣalaye SOH ti o da lori agbara: sẹẹli kan ni 80% ti agbara atilẹba rẹ wa ni 80% SOH, ati pe eyi nigbagbogbo ni a gba pe opin{2}} ti{3}} igbesi aye fun awọn ohun elo EV. Awọn sẹẹli ṣi ṣiṣẹ, ṣugbọn ibiti o ti lọ silẹ 20%. Fun awọn ohun elo ipamọ agbara, awọn sẹẹli le ṣee lo si 60-70% SOH.

Diẹ ninu awọn BMS ṣe awọn sọwedowo agbara igbakọọkan{0}} tu batiri silẹ ni kikun ni iwọn kekere ati wiwọn iye agbara ti n jade. Eyi jẹ deede ṣugbọn ifọle (batiri ko si lakoko idanwo) o gba awọn wakati. Awọn ọna miiran gbiyanju lati ṣe iṣiro agbara ni aiṣe-taara lati awọn iwọn foliteji, awọn wiwọn ikọlu, tabi ṣiṣe coulombic.

A le ṣe iwọn resistance ti inu nipasẹ lilo pulse lọwọlọwọ ati idahun foliteji wiwọn, tabi nipa abẹrẹ ifihan agbara AC kekere kan ni ọpọlọpọ awọn igbohunsafẹfẹ (awọn iwoye impedance elekitiroki). EIS funni ni alaye diẹ sii ṣugbọn nilo ohun elo amọja ti o ṣọwọn wa ni awọn BMS ti iṣowo.

Lithium Ion Battery Technology

Nigbati batiri EV ba de opin {{0}ti{1}}(bii 70{4}}80% agbara atilẹba), o tun ṣiṣẹ ni pipe fun awọn ohun elo ti o kere. Lilo batiri igbesi aye keji n gba isunmọ fun ibi ipamọ agbara adaduro.

Awọn ọrọ-aje jẹ ẹtan. O ni lati ṣe idanwo idii ti fẹyìntì, o le tun ṣe (rọpo BMS, eto itutu agbaiye, tabi awọn modulu ti o bajẹ), jẹri fun ohun elo tuntun, ati pese atilẹyin ọja. Gbogbo eyi na owo. Fun igbesi aye iṣẹju-aaya{3} lati ni oye, idii ti a tunṣe nilo lati ni idiyele pupọ kere ju idii tuntun ti a ṣe apẹrẹ fun ohun elo iduro. Awọn idiyele adehun paapaa ti isọdọtun nṣiṣẹ kere ju 40-50% ti idiyele idii tuntun, da lori ẹniti o gbagbọ.

Idanwo awọn sẹẹli ti fẹhinti kii ṣe nkan -. Module kan le ni awọn ọgọọgọrun awọn sẹẹli ninu ni jara - ni afiwe. O ko le ni rọọrun idanwo wọn leyo. O le ṣe idanwo module bi ẹyọkan, ṣugbọn sẹẹli buburu kan le boju funrararẹ. Diẹ ninu awọn ipo ibajẹ jẹ lile lati rii laisi idanwo iparun. Ibeere layabiliti tun wa: ti batiri aye-aaya - ba mu ina, ta ni o ṣe iduro?

Atunlo jẹ opin opin{0}ti{1}}ọna igbesi aye. Atunlo iwọn nla lọwọlọwọ- nlo pyrometallurgy (smelting) tabi hydrometallurgy (leaching kemikali). Pyrometallurgy rọrun ṣugbọn o kere si yiyan- o gba awọn irin alapọpo ti o nilo isọdọtun siwaju sii. Hydrometallurgy le gba awọn irin kọọkan pada ni mimọ ti o ga julọ ṣugbọn nilo awọn igbesẹ diẹ sii ati ṣe ipilẹṣẹ egbin kemikali.

Awọn ọrọ-aje ti atunlo dale lori awọn idiyele irin. Cobalt niyelori (ni aijọju $30-40/kg ni itan-akọọlẹ, bi o tilẹ jẹ pe awọn idiyele n lọ kaakiri), nitorinaa atunlo cobalt{5}} kemistri ọlọrọ le ṣee ṣe ni iṣuna ọrọ-aje. Nickel tọ si atunlo ni iwọn. Manganese, irin, ati aluminiomu jẹ awọn irin ti o niyele{{7}, nitorinaa atunlo ṣe oye ni akọkọ lati jẹ ki wọn kuro ni awọn ibi-ilẹ. Lithium jẹ ohun ti o nifẹ-kii ṣe pataki ni pataki fun kilogram kan, ṣugbọn awọn idiwọ ipese jẹ ki imularada wuni.

Atunlo taara -pipin batiri naa ati atunlo cathode tabi ohun elo anode taara laisi fifọ si awọn iyọ irin{1} jẹ agbegbe iwadii ti o gbona. Ti o ba le gba lulú cathode pada ni fọọmu lilo, iwọ yoo ṣafipamọ agbara ati idiyele ti iṣelọpọ cathode. Awọn italaya pẹlu yiyatọ awọn ohun elo ti nṣiṣe lọwọ lati ọdọ awọn agbowọ lọwọlọwọ ati awọn alasopọ, ati ṣiṣe pẹlu otitọ pe ohun elo ti a tunlo jẹ idapọ awọn sẹẹli lati ọdọ awọn aṣelọpọ oriṣiriṣi, awọn ọjọ-ori, ati awọn kemistri.