Welche Sicherheitsleistung ist besser? Lithium-Mangan-Säure-Batterie oder ternäre Lithiumbatterie?

Wenn es um Batterien geht, gibt es verschiedene Arten; Einige unterscheiden sich in der Art der verwendeten Chemikalien und Säuren, während andere sich völlig in ihrer Kapazität, Leistung und vielen anderen Aspekten unterscheiden.

Bei Batterien gibt es immer einige Sicherheitsbedenken. Verbraucher möchten immer das Beste haben, insbesondere wenn es um die Sicherheit der Batterie geht. Tatsächlich arbeiten die Hersteller hauptsächlich an der Batteriesicherheit, auch wenn sie die Batterie unter allen gefährlichen Umständen testen, um das Ausmaß unerwünschter Situationen auf Null zu reduzieren.

Lithium-Mangan-Säure-Batterien und ternäre Lithiumbatterien sind zwei der weltweit am häufigsten verwendeten Batterien, wenn es um Sicherheit geht. Sowohl Lithium-Mangan-Säure-Batterien (LiMnO2) als auch ternäre Lithiumbatterien können sicher sein, wenn sie ordnungsgemäß entwickelt, hergestellt und verwendet werden. Allerdings gibt es einige Unterschiede in ihren Sicherheitseigenschaften:

LiMnO2-Batterie (Lithium-Mangan-Dioxid):

Sicherheit:

LiMnO2-Batterien gelten aufgrund der Verwendung von Mangandioxid als Kathodenmaterial, das eine gute thermische Stabilität aufweist, allgemein als sicher.

Niedrigere Energiedichte:

LiMnO2-Batterien haben im Vergleich zu ternären Lithiumbatterien typischerweise eine geringere Energiedichte, was bedeutet, dass sie möglicherweise nicht so viel Energie speichern, was jedoch ein Sicherheitsvorteil sein kann.

Ternäre Lithiumbatterie (NMC oder NCA):

Höhere Energiedichte: Ternäre Lithiumbatterien, beispielsweise solche mit Nickel-Mangan-Kobalt- (NMC) oder Nickel-Kobalt-Aluminium-Kathoden (NCA), weisen häufig eine höhere Energiedichte auf, was bedeutet, dass sie bei gegebener Größe und gegebenem Gewicht mehr Energie speichern können.

Wärmemanagement:

Die höhere Energiedichte von ternären Lithiumbatterien kann sie anfälliger für thermisches Durchgehen machen, wenn sie nicht ordnungsgemäß verwaltet werden. Ein thermisches Durchgehen kann zu Sicherheitsrisiken führen.

3,2 V 20 A Niedertemperatur-LiFePO4-Batteriezelle -40 ℃ 3 C Entladekapazität ≥ 70 % Ladetemperatur: -20 ~ 45 ℃ Entladetemperatur : -40 ~ + 55 ℃ Akupunkturtest bestehen -40 ℃ maximale Entladerate: 3 C

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Materialsicherheit

Einige der wichtigsten Materialien, die in beiden Batterien verwendet werden, sind die folgenden:

Kathodenmaterialien:

LiMnO2-Batterien verwenden Mangandioxid als Kathodenmaterial. Mangandioxid ist thermisch relativ stabil und weniger anfällig für thermisches Durchgehen, was es im Vergleich zu einigen anderen Kathodenmaterialien zu einer sichereren Wahl macht.

Ternäre Lithiumbatterien können Kathodenmaterialien wie Nickel-Mangan-Kobalt (NMC) oder Nickel-Kobalt-Aluminium (NCA) verwenden. Diese Materialien können eine höhere Energiedichte bieten, sind jedoch im Vergleich zu Mangandioxid möglicherweise weniger thermisch stabil. Für die Bewältigung der mit diesen Materialien verbundenen potenziellen Risiken sind geeignete technische und Sicherheitsfunktionen von entscheidender Bedeutung.

Anodenmaterialien:

Bei beiden Batterietypen wird üblicherweise Graphit als Anodenmaterial verwendet. Graphit ist ein relativ sicheres Material und wirft keine nennenswerten Sicherheitsbedenken auf.

Elektrolyte:

Der Elektrolyt in Lithium-Ionen-Batterien ist typischerweise ein Lithiumsalz, gelöst in einem Lösungsmittel, oft einem organischen Lösungsmittel. Die Wahl des Elektrolyten und dessen Formulierung spielen eine wesentliche Rolle für die Sicherheit der Batterie.

Nichtwässrige Elektrolyte, die üblicherweise in Lithium-Ionen-Batterien verwendet werden, können entflammbar sein und ein Sicherheitsrisiko darstellen. Es werden Anstrengungen unternommen, sicherere Elektrolytformulierungen zu entwickeln, beispielsweise solche auf Basis von Festkörperelektrolyten, um die Batteriesicherheit zu verbessern.

Hohe Energiedichte bei niedriger Temperatur Robuster Laptop-Polymer-Akku Batteriespezifikation: 11,1 V 7800 mAh -40℃ 0,2C Entladekapazität ≥80% Staubdicht, sturzsicher, korrosionsbeständig, elektromagnetische Interferenz

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Separator:

Der Separator in einer Lithium-Ionen-Batterie ist typischerweise eine poröse Membran, die Kathode und Anode getrennt hält und gleichzeitig den Ionenfluss ermöglicht. Der Separator muss stabil sein und gute thermische Eigenschaften haben, um ein thermisches Durchgehen zu verhindern.

Fortschritte in der Separatortechnologie haben zur Entwicklung sichererer Separatoren geführt, die der thermischen Ausbreitung widerstehen können.

Wärmemanagement- und Sicherheitsfunktionen:

Die Batteriesicherheit hängt auch von der Einbindung von Wärmemanagementsystemen und Sicherheitsfunktionen wie Überladeschutz, Tiefentladungsschutz und Kurzschlussschutz ab.

Herstellung und Qualitätskontrolle:

Die Sicherheit einer Lithium-Ionen-Batterie hängt maßgeblich von der Qualität ihrer Herstellung ab. Richtige Qualitätskontrollmaßnahmen während der Produktion sind entscheidend für die Gewährleistung der Sicherheit und Zuverlässigkeit von Batterien.

Packvorgang

Zellauswahl: Der Zusammenbau des Batteriepacks beginnt mit der Auswahl der einzelnen Lithium-Ionen-Zellen. Diese Zellen haben typischerweise eine zylindrische oder prismatische Form und können in Größe und Kapazität variieren. Die Auswahl der Zellen hängt von den spezifischen Anforderungen der Anwendung ab

Zellsortierung: Zellen werden nach ihren Eigenschaften wie Kapazität, Innenwiderstand und Spannung sortiert, um einen gut aufeinander abgestimmten Satz zu erstellen, der im Paket eine einheitliche Leistung erbringt. Zellen mit ähnlichen Eigenschaften werden gruppiert.

Zelltests: Jede Zelle wird auf elektrische und mechanische Integrität getestet, um sicherzustellen, dass sie den Qualitäts- und Sicherheitsstandards entspricht. Die Prüfung kann die Messung von Spannung, Kapazität und Innenwiderstand umfassen.

Integration eines Batteriemanagementsystems (BMS): Ein Batteriemanagementsystem (BMS) ist eine entscheidende Komponente in einem Batteriepaket. Es überwacht und verwaltet die Zellen, um einen sicheren Betrieb zu gewährleisten. Das BMS ist in das Paket integriert, typischerweise über eine Steuerplatine.

Zellenanordnung: Die Zellen werden entsprechend den Anforderungen der Anwendung in einer bestimmten Konfiguration angeordnet. Dies kann die Anordnung von Zellen in Reihen- und Parallelkombinationen umfassen, um die gewünschte Spannung und Kapazität zu erreichen.

Wärmemanagement: Je nach Anwendung kann ein Wärmemanagementsystem in die Packung integriert sein, um die Betriebstemperatur der Zellen zu steuern. Dies kann den Einsatz von Kühlsystemen oder Isolierungen beinhalten.

Mechanisches Gehäuse: Ein mechanisches Schutzgehäuse dient zur sicheren Unterbringung der Zellen und der zugehörigen Komponenten. Dieses Gehäuse besteht oft aus Materialien, die leicht und dennoch langlebig sind.

Verkabelung und Anschlüsse: Die Verkabelung wird verwendet, um die Zellen in der gewünschten Konfiguration zu verbinden und das BMS, das Wärmemanagementsystem und externe Anschlüsse anzuschließen. Eine ordnungsgemäße Isolierung und Schutz sind für die Sicherheit unerlässlich.

Isolierung und Versiegelung: Die Packung ist versiegelt, um das Eindringen von Feuchtigkeit und Verunreinigungen zu verhindern und vor möglichen Kurzschlüssen zu schützen. Um elektrischen Kontakt mit dem Gehäuse zu vermeiden, werden Isoliermaterialien verwendet.

Endprüfung und Qualitätskontrolle: Der fertige akku wird umfangreichen Tests unterzogen, einschließlich der Überprüfung von Spannung, Kapazität, thermischer Leistung und Sicherheitsfunktionen. Eventuell fehlerhafte Packungen werden zurückgewiesen.

Lebensdauer

Es handelt sich um eine entscheidende Messgröße bei der Bewertung der Haltbarkeit und Langlebigkeit einer Batterie, da sie angibt, wie oft die Batterie verwendet werden kann, bevor ihre Kapazität erheblich abnimmt oder sie unbrauchbar wird. Eine längere Lebensdauer ist für Anwendungen wie Elektrofahrzeuge und Speichersysteme für erneuerbare Energien wünschenswert, da sie die Nutzungsdauer der Batterie verlängert und die Notwendigkeit eines häufigen Austauschs verringert. Zu den Faktoren, die die Zyklenlebensdauer beeinflussen, gehören die Batteriechemie, die Entladetiefe, die Lade-/Entladeraten, die Betriebstemperatur und die Qualität der Batteriemanagementsysteme. Es laufen umfangreiche Forschungs- und Entwicklungsanstrengungen, um Batterietechnologien zu verbessern und ihre Lebensdauer zu verlängern, um der wachsenden Nachfrage nach robusteren und langlebigeren energiespeicherlösungen gerecht zu werden.