22 Jahre Batterieanpassung
May 20, 2023 Seitenansicht：158
Die Verwendung von Lithium-Ionen-Batterien bietet viele Vorteile, darunter eine höhere Betriebsspannung, eine höhere spezifische Energie, eine kleinere Größe, ein geringeres Gewicht, eine längere Lebensdauer, eine geringere Selbstentladungsrate, kein Memory-Effekt und keine Umweltverschmutzung. Daher werden Lithium-Ionen-Batterien mit hoher Kapazität häufig in einer Vielzahl von Branchen eingesetzt, darunter 3C-Produkte, Energie und Energiespeicherung. Eine der wichtigsten Eigenschaften von Lithium-Ionen-Batterien ist zweifellos ihre Lebensdauer.
Allerdings stellt eine Verschlechterung der Batteriekapazität, die zu einem Batterieausfall führt, eine erhebliche Bedrohung für die Finanzen und die Produktivität von Einzelpersonen und Unternehmen dar. Temperatur, Lade- und Entladespannung, Strom sowie die Lade- und Entlademenge des Akkus sind einige der Faktoren, die einen Einfluss darauf haben, wie schnell sich der Akku verschlechtert.
Einführung in den Aufbau und das Prinzip der Lithiumbatterie
Die Grundlagen
Wiederaufladbare Lithium-Ionen-Batterien funktionieren hauptsächlich durch die Bewegung von Lithium-Ionen zwischen den positiven und negativen Elektroden. Beim Laden und Entladen wird Li+ zwischen den beiden Elektroden ein- und ausgebettet. Während des Ladevorgangs wird Li+ durch den Lithium-reichen Elektrolyten in die negative Elektrode eingebettet und von der positiven Elektrode wieder gelöst. Moderne hochleistungsbatterien verfügen meist über Elektroden aus lithiumhaltigen Materialien.
Das Prinzip der Lithium-Ionen-Batterie
Als negative Elektrode werden in Lithium-Ionen-Batterien kohlenstoffbasierte Materialien und als positive Elektrode lithiumhaltige Verbindungen verwendet. Als Kathodenmaterialien in Lithium-Ionen-Batterien dienen Batterien mit integrierten Lithium-Ionen-Verbindungen. Beim Lade- und Entladevorgang von Lithium-Ionen-Batterien kommt es zum Ein- und Ausbetten von Lithium-Ionen.
Das Einbetten und Entfernen von Lithiumionen erfolgt gleichzeitig mit dem Einbetten und Entfernen von Elektronen, die Lithiumionen entsprechen (normalerweise wird Einbetten oder Entfernen von Einbettungen verwendet, um die positiven Elektroden darzustellen, während Einfügen oder Entfernen von Einbettungen verwendet wird, um die darzustellen). negative Elektroden). Lithium-Ionen werden beim Laden und Entladen zwischen den positiven und negativen Elektroden eingebettet/gedämpft und hin und her bewegt; Dieser Vorgang wird aus den oben genannten Gründen als „Schaukelstuhlbatterien“ bezeichnet.
Der Aufbau der Lithium-Ionen-Batterie
Das Elektron der Elektrode wird aus dem externen Stromkreis entnommen, wenn sich die Batterie entlädt, und die Elektrode wird zu diesem Zeitpunkt reduziert. Typischerweise hat die Elektrode ein hohes Potenzial. Lithium-Ionen-Batterien verwenden Lithiumkobaltat-, Lithiummanganat-Elektroden usw. Wenn sich eine Batterie entlädt, überträgt die Elektrode Elektronen an den externen Stromkreis, wodurch die Elektrode oxidiert. In Lithium-Ionen-Batterien werden Graphitelektroden verwendet, bei denen es sich typischerweise um Niederpotentialelektroden handelt.
Der Elektrolyt ist ein sehr wichtiger Faktor.
Der Einfluss der reversiblen Kapazität der Batterie wird maßgeblich vom Elektrolyten beeinflusst. Während des gesamten Prozesses der Zersetzung des Elektrodenmaterials und des eingebetteten Lithium-Ions kommt es zu Elektrolytwechselwirkungen, und diese Wechselwirkung hat einen erheblichen Einfluss auf den Zustand der Grenzfläche des Elektrodenmaterials und auf interne Strukturveränderungen. Auch die Art des Elektrolyten und die Menge der eingespritzten Flüssigkeit wirken sich auf die Batterielebensdauer aus, da der Elektrolyt bei der Wechselwirkung zwischen den positiven und negativen Elektrodenmaterialien verloren geht. Darüber hinaus wird der Elektrolyt während der Bildung des SEI-Films und des Vorladens verbraucht.
Der Herstellungsprozess einer Lithium-Ionen-Batterie
Design- und Herstellungsprozess
Die Auswahl der Materialien spielt bei der Konstruktion von Lithium-Ionen-Batterien die wichtigste Rolle. Es gibt Lücken in der Leistung der hergestellten Batterien und unterschiedliche Materialien weisen unterschiedliche Leistungsqualitäten auf. Die Batterie hat eine lange Lebensdauer, da sowohl die positiven als auch die negativen Materialien eine gute Zyklenleistung aufweisen. Im Allgemeinen ist es während des Entwurfs- und Montageprozesses erforderlich, dass die Kapazität der negativen Elektrode im Vergleich zur Kapazität der positiven Elektrode zu groß ist.
Beim Laden fällt Lithium aus der negativen Elektrode aus und erzeugt Lithiumdendriten, die die Sicherheit gefährden, wenn sie nicht extrem sind. Die Lithiumionen in der positiven Elektrode lösen sich schließlich und führen zum Zusammenbruch der Struktur, da die negative Elektrode im Vergleich zur positiven Elektrode zu viel enthält.
Die Batterielebensdauer hängt auch von der Art und Menge des Elektrolyten ab. Die Zutaten für positive und negative Elektroden, Beschichtung, Folie, Wicklung, Hülle, Flüssigkeitseinspritzung, Versiegelung, Formgebung usw. sind alle Teil des Herstellungsprozesses für Lithium-Ionen-Batteriepacks. Die Spezifikationen für jede Phase der Verarbeitung von Batterien sind sehr streng. Jedes Verfahren, das nicht sorgfältig durchgeführt wird, kann sich auf die Lebensdauer der Batterie auswirken.
Lebenszyklus
Lithium-Ionen werden während des Lade-Entlade-Zyklus von Lithium-Ionen-Akkus interkaliert und dann durch den Elektrolyten zwischen den positiven und negativen Materialien hin und her transportiert. Zusätzlich zu den Oxidations-Reduktions-Aktivitäten an den positiven und negativen Elektroden finden während des Zyklus von Lithium-Ionen-Batteriepacks weitere Nebenreaktionen statt.
Der Lebenszyklus von Lithium-Ionen-Batterien kann verlängert werden, wenn die Nebenreaktionen dieser Batterien auf ein Minimum beschränkt werden können, sodass Lithiumionen kontinuierlich und reibungslos zwischen positiven und negativen Materialien durch den Elektrolyten wechseln können.
Die Kapazität und Lebensdauer der Batterie wird auch durch die Eigenschaften der positiven und negativen Stromabnehmer beeinflusst. Aluminium und Kupfer, beides korrosive Metallelemente, werden häufig als Stromkollektormaterialien für die positiven und negativen Elektroden von Lithium-Ionen-Batteriesätzen verwendet.
Schlechte Haftung, lokale Korrosion (Lochfraß), allgemeine Korrosion, die Bildung einer passiven Beschichtung nach der Korrosion des Stromabnehmers und andere Faktoren erhöhen den Innenwiderstand der Batterie, verringern die Kapazität und verringern die Entladeeffizienz. Säure-Alkali-Ätzen, leitfähige Beschichtungen und andere Vorbehandlungstechniken können die Haftung und Korrosionsbeständigkeit verbessern.
Lade- und Entladezyklus
Lithium-Ionen-Akkus werden durch einen Prozess von Lade- und Entladezyklen verwendet. Der Lebenszyklus von Lithium-Ionen-Batterien wird maßgeblich von der Größe des Lade- und Entladestroms, der Wahl der Lade- und Entlade-Abschaltspannung, der verwendeten Lade- und Entlademethode usw. beeinflusst. Die Leistung des Lithium-Ionen-Akkus Die Lebensdauer des Akkus wird durch zufällige Änderungen des Betriebsstroms, der Lade- und Entladeschlussspannung des Akkus verringert.
Die negative Elektrode erfährt während des Tiefentladungsprozesses eine übermäßige Entfernung von Lithiumionen, wodurch es für sie schwieriger wird, sich während des nachfolgenden Ladevorgangs erneut einzulagern. Sowohl die Entladekapazität als auch die Effizienz von Lithium-Ionen-Batterien während des Lade-Entlade-Zyklus werden deutlich verringert. Darüber hinaus neigen Lithium-Ionen-Batterien bei hohen Stromverhältnissen sehr zum Durchschmelzen, und auch Geräteteile könnten beschädigt werden.
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