22 Jahre Batterieanpassung

Niedertemperatur-Hochleistungs-Lithiumbatterie

May 26, 2023   Seitenansicht:106

Lithium-Ionen-Batterien, die auch unter extremen Kältebedingungen effektiv arbeiten und hohe Entladeraten erzeugen können, werden als Niedertemperatur-Hochleistungs-Lithiumbatterien bezeichnet. Herkömmliche Lithium-Ionen-Batterien weisen bei niedrigen Temperaturen häufig eine verminderte Leistung und Kapazität auf, wodurch sie für den Einsatz an kalten Orten oder unter Bedingungen, die eine hohe Leistungsabgabe erfordern, weniger geeignet sind. Als Ergebnis der Entwicklungen in der Batterietechnologie wurden Niedertemperatur-Lithiumbatterien mit hoher Leistung entwickelt, mit denen diese Mängel behoben werden können.

Was ist eine Hochleistungs-Lithiumbatterie?

Hochleistungs-Lithiumbatterien mit einer schnellen Entladerate sind dafür ausgelegt, schnell große Leistungen zu erbringen. Diese Batterien sind für eine schnelle Energieentladung ausgelegt und eignen sich daher für Anwendungen, die hohe Stromabgaben oder kurze Leistungsstöße erfordern.

Herkömmliche Lithium-Ionen-Batterien sind für ihre hohe Energiedichte bekannt, was bedeutet, dass sie viel Energie speichern können. Bei einigen Hochleistungsanwendungen ist es möglicherweise nicht möglich, diese Energie schnell freizusetzen. Hochleistungs-Lithiumbatterien sollen diese Einschränkung überwinden und schneller Strom liefern.

Laden und Entladen

Lithiumbatterien, deren Funktion in erster Linie auf der Bewegung von Lithiumionen zwischen den positiven und negativen Elektroden beruht, werden oft als Hochleistungsserienbatterien bezeichnet. Während des Lade- und Entladevorgangs wird Li+ zwischen den beiden Elektroden interkaliert und deinterkaliert. Beim Aufladen der Batterie wird Li+ von der positiven Elektrode entfernt und dann über den Elektrolyten in die negative Elektrode eingelagert. Im Gegensatz zum Entladen befindet sich die negative Elektrode in einem lithiumreichen Zustand.

Effizienz

Die Hochleistungs-Lithiumbatterie kann bei verschiedenen Temperaturen von -20 °C bis 60 °C betrieben werden. Mit Schnelllade- und Entladefunktionen und einem Ladewirkungsgrad von bis zu 100 % zeichnet es sich durch eine hervorragende Zyklenleistung aus. Darüber hinaus zeichnet es sich durch eine lange Lebensdauer und hohe Ausgangsleistung aus.

Im Folgenden sind die wesentlichen Merkmale einer Hochleistungs-Lithiumbatterie aufgeführt:

Lithiumeisenphosphat (LiFePO4) und lithium-nickel-mangan-kobaltoxid (LiNMC), die eine hervorragende Leistungsdichte bieten und hohen Strombelastungen standhalten, sind zwei gängige fortschrittliche Elektrodenmaterialien, die in diesen Batterien verwendet werden.

3,2 V 20 Ah quadratische LiFePO4-Batteriezelle für niedrige Temperaturen
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

Zelldesign: In Hochleistungs-Lithiumbatterien können spezielle Zelldesigns verwendet werden, die die Elektrodenoberfläche maximieren, den Innenwiderstand verringern und die Ionenmobilität verbessern. Diese Designfaktoren tragen zur Verbesserung der Leistungsabgabe bei.

Der in Hochleistungs-Lithiumbatterien verwendete Elektrolyt ist oft darauf ausgelegt, schnellere Lade- und Entladeraten zu ermöglichen, indem er den Ionenfluss innerhalb der Zelle verbessert.

Vorteile eines Hochleistungs-Lithium-Ionen-Akkus

Es kann unter anderem in quadratischer, zylinderförmiger, dreieckiger und mondförmiger Form gestaltet werden.

Winzige Dicke: 0,5 mm ist die dünnste mögliche Dicke einer Hochleistungs-Lithiumbatterie.

Es ist möglich, daraus eine einzige Hochvoltbatterie zu erstellen und die batterien in reihe zu schalten.

Hohe Kapazität: Im Vergleich zu einer Aluminiumhülle ist die Kapazität des gleichen Akkutyps um 15 % höher.

Leichtgewicht: Im Vergleich zu einem Aluminiumgehäuse wiegt der gleiche Akkutyp 30 % weniger.

Hochstromentladung: Flexible Verpackungen haben eine Obergrenze von 35 °C bis 40 °C und die Aluminiumhülle hat einen maximalen Entladestrom von 3 °C.

Was ist eine Niedertemperatur-Hochleistungs-Lithiumbatterie?

Lithiumbatterien mit niedrigen Betriebstemperaturen und hohen Laderaten funktionieren auch bei kalten Temperaturen gut. Aufgrund der langsamen Elektrodenkinetik und der verringerten Elektrolytleitfähigkeit bei niedrigen Temperaturen weisen herkömmliche Lithium-Ionen-Batterien häufig eine verminderte Leistung und Kapazität auf. Verbesserungen in der Batterietechnologie haben jedoch zur Entwicklung von Batterien geführt, die speziell für Anwendungen entwickelt wurden, bei denen Temperaturen unter dem Gefrierpunkt erforderlich sind.

Robuster Laptop-Polymer-Akku mit niedriger Temperatur und hoher Energiedichte, 11,1 V, 7800 mAh
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

Beispielsweise handelt es sich bei der Lithium-Polymer-Batterie um eine Niedertemperatur-Hochleistungs-Lithiumbatterie. Der Hochgeschwindigkeits-Polymer-Akku weist einen signifikanten Entlade-C-Wert auf, da er eine hohe Entladerate mit einem Polymer-Lithium-Ionen-Akku kombiniert. Sie werden normalerweise nicht in digitalen Geräten wie Mobiltelefonen verwendet, wohl aber in Stromversorgungssystemen für Elektrofahrzeuge, einer Vielzahl von Flugzeugen und ferngesteuerten Modellfahrzeugen, die explosive Energie benötigen.

Ansätze zur Erzielung von Niedertemperatur-Lithiumbatterien mit hoher Leistung:

Modifikationen von Elektroden und Elektrolyten: Wissenschaftler haben verschiedene Elektroden- und Elektrolytmaterialien untersucht, die bei niedrigen Temperaturen besser funktionieren. Lithiumbatterien können beispielsweise bei niedrigen Temperaturen besser funktionieren, wenn die Kathode aus Lithiumeisenphosphat (LiFePO4) besteht. Es ist auch möglich, die Elektrolytzusammensetzung zu optimieren, um die Ionenleitfähigkeit bei niedrigeren Temperaturen zu erhöhen.

Nanostrukturierte Materialien: Nanostrukturierte Materialien können die Leistung der Lithiumbatterie bei niedrigen Temperaturen verbessern, wenn sie im Elektrodendesign verwendet werden. Lithiumionen haben eine bessere Mobilität und können sich dank der vergrößerten Oberfläche und der verdichteten Diffusionskanäle der nanostrukturierten Elektroden auch bei kälteren Temperaturen schneller bewegen.

Für mehrere Hochleistungsanwendungen werden Batterien benötigt, die auch unter extrem kalten Bedingungen betrieben werden können. Unter diesen Umständen können Batterieheizsysteme eingesetzt werden, um einen Temperaturbereich aufrechtzuerhalten, der für die Batterieleistung ideal ist. Die Temperatur der Batterie wird bei diesen Systemen häufig durch interne oder externe Heizgeräte auf einen geeigneten Arbeitsbereich gebracht.

Formulierungen für den Batterieelektrolyten können spezielle Additive enthalten, um die Leistung bei niedrigen Temperaturen zu verbessern. Um die Ionenmobilität und die Batterieleistung im Allgemeinen bei niedrigen Temperaturen zu verbessern, können diese Zusätze die Leitfähigkeit erhöhen und den Gefrierpunkt des Elektrolyten senken.

Vorteile von Niedertemperatur-Hochleistungs-Lithiumbatterien

Verbesserte Leistung bei kalten Bedingungen: Niedertemperatur-Lithiumbatterien funktionieren effektiv bei Temperaturen unter Null und eignen sich daher für den Einsatz in Umgebungen mit kaltem Wetter oder in Bereichen wie Flugzeugen, Elektrofahrzeugen und Außengeräten.

Schnelles Laden und Entladen: Im Vergleich zu normalen Lithium-Ionen-Akkus verfügen Hochleistungs-lithium-akkus über eine wesentlich höhere Lade- und Entladekapazität. Von dieser Qualität profitieren Anwendungen, die schnelle Ladezeiten oder eine starke Leistungsabgabe in kurzer Zeit erfordern.

Erhöhte Leistungsdichte: Im Vergleich zu herkömmlichen Lithium-Ionen-Batterien weisen Niedertemperatur-Hochleistungs-Lithiumbatterien häufig eine höhere Leistungsdichte auf. Diese Batterien sind nützlich für tragbare Elektronikgeräte und Elektrofahrzeuge, bei denen Platz- und Gewichtsaspekte von entscheidender Bedeutung sind, da ihre höhere Leistungsdichte kompakte Designs und geringere Gewichte ermöglicht.

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