Die Lebensdauer und die Vor- und Nachteile eines ternären Lithium-Ionen-Akkus

Was ist eine ternäre Lithium-Ionen-Batterie?

In der Natur ist das Li das leichteste Element, das kleinste Atommassenmetall. Seine Atommasse beträgt 6,94 g / mol ， ρ = 0,53 g / cm³. Aufgrund der aktiven chemischen Eigenschaften kann es leicht e- verlieren und zu Li + oxidiert werden. Daher ist sein Elektrodenpotential die maximale negative Zahl (-3,045 V), das elektrochemische Äquivalent ist auch das Minimum (0,26 g / Ah). Diese Eigenschaften entscheiden, dass es sich um ein Material mit hoher spezifischer Energie handelt. Ternäre Lithium-Ionen-Batterie ist eine sekundäre Lithium-Ionen-Batterie, die Nickel, Kobalt, Mangan, drei Übergangsmetalloxide als Anodenmaterial verwendet. Es hat die Kombinationsmerkmale einer guten Zyklusleistung aus lithiumkobaltoxiden, einer hohen spezifischen Kapazität aus Lithiumnickelat, einer guten Sicherheitsleistung aus Lithiummanganit, geringen Kosten usw. unter Verwendung der Methode des horizontalen Mischens, Dotierens, Beschichtens und Dekorierens von Molekülen zum Zusammensetzen der Verbindung Lithiumoxid mit Nickel-, Kobalt-, Manganelement. Ternäre Lithium-Ionen-Batterie ist eine wiederaufladbare Lithium-Ionen-Batterie, die derzeit umfassend erforscht und angewendet wurde.

Die Lebensdauer eines ternären Lithium-Ionen-Akkus

Die Lebensdauer eines Lithium-Ionen-Akkus bedeutet 70% der Nennkapazität, die nach längerer Verwendung abnimmt. In diesem Moment ist die Batterie erschöpft. Die Batterieindustrie neigt dazu, die Lebensdauer durch Laden und Entladen der Lithium-Ionen-Batterie zu beschreiben. Während der Anwendung verringert die irreversible elektrochemische Reaktion im Inneren der Batterie die Kapazität. Beispielsweise verringert die Zersetzung des Elektrolyten, die Inaktivierung des aktiven Materials, der Zusammenbruch der Anoden- und Kathodenstruktur die Insertion und De-Interkalation des Li-Ions. Die Untersuchung zeigt, dass eine Entladungsrate mit höherer Geschwindigkeit zu einem schnelleren Zerfall führt. Wenn der Entladestrom niedrig ist, wird die Spannung auf ausgeglichene Spannungen geschlossen und die Batterie kann mehr Energie entladen.

Die Nennlebensdauer einer ternären Lithium-Ionen-Batterie beträgt etwa das 800-fache und gehört damit zum mittleren Niveau des Marktes für wiederaufladbare Lithium-Ionen-Batterien. Lithiumeisenphosphat ist 2000-mal, während Lithiumtitanat 10.000-mal erreichen kann. Heutzutage versprechen die gängigen Batteriehersteller mehr als das 500-fache ihrer ternären Zellenspezifikation (Laden und Entladen unter Standardbedingungen). Nachdem die Zelle zum Akkupack verarbeitet wurde, beträgt die Lebensdauer etwa das 400-fache, da die Spannung aufgrund des Konsistenzproblems nicht mit dem Innenwiderstand übereinstimmen kann. Der vom Hersteller empfohlene SOC beträgt 10% ~ 90%. Es sollte besser nicht tief entladen werden, da es sonst die Anoden- und Kathodenstruktur irreversibel beschädigen kann. Bei Berechnung durch Laden und Entladen mit kleinem Strom beträgt die Zykluslebensdauer mindestens das 1000-fache. Außerdem verringert sich die Zykluslebensdauer nach häufigem Entladen unter einer Umgebung mit hoher Nennleistung und hoher Temperatur schnell auf nicht mehr als das 200-fache.

Die Vor- und Nachteile eines ternären Lithium-Ionen-Akkus

Ternäre Lithium-Ionen-Batterie ist eine Batterie mit hohen Eigenschaften für ihre stabile Kapazität und Sicherheitsleistung. Die Vor- und Nachteile von drei Arten von Metallelementen sind wie folgt:

Co3 +: Verringert die Standortbelegung positiver Ionen, stabilisiert die Schichtstruktur des Materials, verringert den Widerstandswert, erhöht die Leitfähigkeit, verbessert die Zyklus- und Geschwindigkeitsleistung.

Ni2 +: Es kann die Kapazität des Materials erhöhen (Volumenenergiedichte des Materials erhöhen). Übermäßiges Ni kann aufgrund ihres ähnlichen Radius zu Versetzungsphänomenen von Li und Ni führen. Je höher die Konzentration an Li-Ionen ist, desto schwieriger ist es für Li mit geschichteter Struktur, sich zu lösen, was die elektrochemische Leistung beeinflusst.

Mn4 +: Es kann nicht nur die Materialkosten senken, sondern auch die Sicherheit und Stabilität des Materials verbessern. Ein übermäßiger Mn-Gehalt erzeugt jedoch leicht Spinell, um die geschichtete Struktur zu beschädigen und die Kapazität und die Zykluszeiten zu verringern.

Die hohe Energiedichte ist einer der Vorteile der ternären Lithium-Ionen-Batterie. Diese Spannungsplattform ist einer der Schlüsselindikatoren für die Entscheidung über die Grundleistung und die Kosten. Je höher die Spannungsplattform ist, desto größer ist die spezifische Kapazität. Im Vergleich zu Batterien mit gleichem Volumen, Gewicht und sogar AH hat eine ternäre Lithium-Ionen-Batterie mit einer Plattform mit höherer Spannung eine längere Lebensdauer. Die Spannung der einzelnen ternären Lithiumionenbatterie erreicht 3,7 V, Lithiumeisenphosphat 3,2 V und Lithiumtitanat nur 2,3 V. In Bezug auf die Energiedichte ist eine ternäre Lithiumionenbatterie offensichtlich besser als Lithiumeisenphosphat, Lithiummanganit oder Lithiumtitanat.

Eine schlechte Sicherheitsleistung und Lebensdauer sind die Hauptmängel, insbesondere die Sicherheitsleistung, die die Montage in großem Maßstab immer einschränkt und auch einer der Hauptfaktoren für eine integrierte Anwendung in großem Maßstab ist. Experimente zeigen, dass ternäre Lithium-Ionen-Batterien mit größerer Kapazität den Sicherheitstest für Akupunktur und Überladung nur schwer bestehen können. Dies ist der Grund, warum Batterien mit großer Kapazität in vielen Mn führen und sogar zusammen mit Lithiummanganit angewendet werden müssen. Die 500-fache Lebensdauer liegt im Bereich der Lithium-Ionen-Batterien unter dem mittleren Wert. Daher wird ein ternärer Lithium-Ionen-Akku in der Unterhaltungselektronik wie 3c digital verwendet.