פונדאַמענטאַלס פון ליטהיום יאָן באַטערי טעכנאָלאָגיע

ליטהיום יאָן באַטעריז טאָן ניט טאַקע "דזשענערירן" מאַכט אין די וועג רובֿ מענטשן טראַכטן וועגן אים. וואָס זיי טאָן איז קראָם עלעקטריקאַל ענערגיע דורך ריווערסאַבאַל עלעקטראָטשעמיקאַל ריאַקשאַנז, און מעלדונג עס ווען די פונדרויסנדיק קרייַז פאדערט קראַנט. די צעמישונג וועגן דעם קומט אַ פּלאַץ אין פּלאַן מיטינגז, ספּעציעל ווען עמעצער איז טריינג צו גרייס אַ באַטאַרייע פּאַק פֿאַר די ערשטער מאָל.

צוויי זאכן פּאַסירן בעשאַס אָפּזאָגן. ערשטער, ליטהיום ייאַנז מייגרייט פון די נעגאַטיוו ילעקטראָוד (אַנאָוד) דורך די עלעקטראָליטע און סעפּאַראַטאָר צו די positive ילעקטראָוד (קאַטאָוד). רגע, עלעקטראָנס לויפן דורך די פונדרויסנדיק קרייַז פון אַנאָוד צו קאַטאָוד, טאן נוציק אַרבעט. בעשאַס טשאַרדזשינג, איר פאַרקערט דעם פּראָצעס דורך אַפּלייינג אַ פונדרויסנדיק וואָולטידזש וואָס פאָרסעס ייאַנז און עלעקטראָנס צו רירן אין די פאַרקערט ריכטונג.

די וואָולטידזש אַ צעל טראגט דעפּענדס לעגאַמרע אויף די ילעקטראָוד מאַטעריאַלס איר קלייַבן און זייער ריספּעקטיוו עלעקטראָטשעמיקאַל פּאָטענציעל. א פריש צעל זיצן אויף די פּאָליצע אָן מאַסע וועט ווייַזן זיין אָפֿן-קרייַז וואָולטידזש - טיפּיקלי אַרום 3.6 צו 3.7 וו פֿאַר רובֿ ליטהיום יאָן כעמיע, כאָטש די נומער באוועגט אַרום דיפּענדינג אויף שטאַט פון אָפּצאָל און טעמפּעראַטור. אַמאָל איר פאַרבינדן אַ מאַסע און אָנהייבן צייכענונג קראַנט, די וואָולטידזש טראפנס ווייַל פון ינערלעך קעגנשטעל. ווי פיל עס טראפנס דערציילט איר אַ פּלאַץ וועגן די געזונט פון די צעל.

Lithium Ion Battery Technology

אַלע ליטהיום יאָן סעלז טיילן די זעלבע יקערדיק אַפּערייטינג פּרינציפּ, אָבער די קעמיקאַלז זענען וויידלי. די קאַטאָוד מאַטעריאַל לאַרגעלי דיטערמאַנז די צעל ס פאָרשטעלונג קעראַקטעריסטיקס - ענערגיע געדיכטקייַט, מאַכט פיייקייט, ציקל לעבן, טערמאַל פעסטקייַט און פּרייַז.

לייַערד אַקסייד קאַטאָודז זענען די ערשטער געשעפט כעמיע. סאָני באַקענענ זיי צוריק אין 1991 מיט LiCoO₂ (ליטהיום קאָבאַלט אַקסייד), וואָס איז נאָך געניצט אין קאַנסומער עלעקטראָניק ווו ענערגיע געדיכטקייַט איז מער וויכטיק ווי קאָס אָדער זיכערקייַט מאַרדזשאַנז. די סעלז פּאַקן בעערעך 150-200 ווה / קג אויף די צעל מדרגה. קאָבאַלט איז אָבער טייַער, און די כעמיע ווערט אַנסטייבאַל העכער 150 גראַד. מיר האָבן געזען טערמאַל ראַנאַוויי אָנהייבן ביי טעמפּעראַטורעס ווי נידעריק ווי 130 גראַד אין אַביוזד סעלז.

די פאָר פֿאַר בעסער זיכערקייַט און נידעריקער פּרייַז געפירט צו LiMn₂O₄ (ליטהיום מאַנגאַנעס אַקסייד) אין די מיטן -1990 ס. מאַנגאַנעסע איז שמוץ ביליק און די ספּינעל סטרוקטור איז ינכעראַנטלי מער סטאַביל. די סעלז וועלן נישט לויפן אַוועק ביז איר באַקומען 250 גראַד טיפּיקלי. די האַנדלונג? ענערגיע געדיכטקייַט טראפנס צו 100-120 ווה / קג, און מאַנגאַנעסע דיסאַלווז אין די עלעקטראָליטע איבער צייַט, ספּעציעל ביי הויך טעמפּעראַטורעס. ציקל לעבן סאַפערז - איר זוכט פֿאַר 300-700 סייקאַלז איידער די קאַפּאַציטעט איז אונטער 80%.

LiFePO₄ (ליטהיום אייַזן פאָספאַטע) איז געוויזן אַרום 2001 און טשיינדזשד די זיכערקייַט שמועס. די אָליווינע סטרוקטור איז שטיין -האַרט טערמאַל; טערמאַל ראַנאַוויי טוט נישט פאַלן ביז העכער 270 גראַד, און אפילו דעמאָלט עס איז ווייניקער היציק. ציקל לעבן איז בוילעט - 2, 000+ סייקאַלז צו 80% קאַפּאַציטעט איז נאָרמאַל, און עטלעכע סעלז האָבן שוין טעסטעד איבער 5,000 סייקאַלז. די דאַונסייד איז וואָולטידזש: בלויז 3.2 וו נאָמינאַל, און ענערגיע געדיכטקייַט איז לימיטעד צו 90-120 ווה / קג. אויך, די פאָספאַטע פּאַטענט סיטואַציע איז געווען מעסי פֿאַר יאָרן.

נמק (ליטהיום ניקאַל מאַנגאַנעסע קאָבאַלט אַקסייד) און נקאַ (ליטהיום ניקאַל קאָבאַלט אַלומינום אַקסייד) ימערדזשד ווי די "באַלאַנסט" כעמיע. דורך מיקסינג ניקאַל, מאַנגאַנעס און קאָבאַלט אין פאַרשידן ריישיאָוז - פּראָסט אָנעס זענען NMC 111, 532, 622, און 811 ווו די נומערן אָנווייַזן קאָרעוו מעטאַל אינהאַלט - איר קענען טויגן די פאָרשטעלונג. העכער ניקאַל אינהאַלט פּושיז ענערגיע געדיכטקייַט אַרויף צו 200-250 ווה / קג אָבער אין די פּרייַז פון טערמאַל פעסטקייַט און ציקל לעבן. NMC 811 סעלז קענען דערגרייכן 250 ווה / קג אָבער דאַרפֿן פיל מער אָפּגעהיט טערמאַל פאַרוואַלטונג.

אויף די אַנאָוד זייַט, גראַפייט איז דער נאָרמאַל זינט טאָג איין. טעאָרעטיש קאַפּאַציטעט איז 372 מאַה / ג, און געשעפט סעלז טיפּיקלי דערגרייכן 340-360 מאַה / ג. די ליטהיום ינטערקאַלייץ צווישן גראַפענע לייַערס בעשאַס טשאַרדזשינג, יקספּאַנדיד די גראַפיטע באַנד מיט בעערעך 10%. דעם מעטשאַניקאַל דרוק קאַנטריביוץ צו קאַפּאַציטעט וועלקן איבער סייקלינג.

סיליציום אַנאָדעס האָבן שוין "דער ווייַטער גרויס זאַך" פֿאַר וועגן פופצן יאָר איצט. סיליציום ס טעאָרעטיש קאַפּאַציטעט איז 4,200 מאַה / ג - מער ווי צען מאָל גראַפייט. דער פּראָבלעם איז אַז סיליציום יקספּאַנדז מיט 300% ווען עס אַבזאָרבז ליטהיום. דעם ברייקס די אַנאָוד באַזונדער נאָך אַ ביסל סייקאַלז. איצטיקע אַפּראָוטשיז נוצן סיליציום -גראַפיטע בלענדז מיט סיליציום אינהאַלט טיפּיקלי אונטער 10% צו האַלטן יקספּאַנשאַן מאַנידזשאַבאַל. אפילו אַזוי, דער ערשטער - ציקל יריווערסאַבאַל קאַפּאַציטעט אָנווער לויפט 15 -25% אין סיליציום-מיט אַאָדעס קעגן 5-10% פֿאַר ריין גראַפייט.

סילינדריקאַל סעלז זענען מיסטאָמע וואָס רובֿ מענטשן בילד ווען זיי טראַכטן "באַטאַרייע." די 18650 פֿאָרמאַט (18 מם דיאַמעטער, 65 מם לענג) איז געווארן ומעטומיק נאָך לאַפּטאַפּ מאַניאַפאַקטשערערז סטאַנדערדייזד אויף עס אין די פרי 2000 ס. טעסלאַ באַרימט געוויינט טויזנטער פון זיי אין דער אָריגינעל ראָאַדסטער. טיפּיש 18650 קאַפּאַציטעט לויפט 2,000-3,500 מאַה דיפּענדינג אויף כעמיע און צי איר אַפּטאַמייז פֿאַר ענערגיע אָדער מאַכט.

די נייַער 21700 פֿאָרמאַט (21 מם × 70 מם) וואָס טעסלאַ און פּאַנאַסאָניק צוזאַמען דעוועלאָפּעד אָפפערס וועגן 50% מער ענערגיע פּער צעל-4,000-5,000 מאַה איז פּראָסט איצט. די גרעסערע דיאַמעטער ינקריסיז די פאַרהעלטעניש פון אַקטיוו מאַטעריאַל צו ינאַקטיוו קאַמפּאָונאַנץ (קראַנט קאַלעקטערז, קענען, זיכערקייַט דעוויסעס), ימפּרוווינג ענערגיע געדיכטקייַט אין די פּאַק מדרגה. מאַנופאַקטורינג שורות האט צו זיין ריטואַלייטיד, וואָס איז אַ טייל פון וואָס אַדאַפּשאַן גענומען אַ בשעת.

פּרימאַטיק סעלז געקומען פון די אָטאַמאָוטיוו אינדוסטריע ס פאַרלאַנג פֿאַר בעסער פּלאַץ יוטאַלאַזיישאַן. אַנשטאָט צו פּלאָמבירן אַ קעסטל מיט סילינדערס און לאָזן אַלע אַז פּאָסל פּלאַץ, איר מאַכן רעקטאַנגגיאַלער סעלז וואָס אָנלייגן יפישאַנטלי. אָטאַמאָוטיוו - מיינונג פּריזמאַטיק סעלז קייט פון 20 אַה צו איבער 100 אַה קאַפּאַציטעט. זיי זענען גרינגער צו טערמאַל - פירן פֿון אַ פּאַקקאַגינג סטאַנדפּוינט זינט איר קענען שטעלן קאָאָלינג פּלאַטעס גלייַך קעגן די פלאַך זייטן. די דאַונסייד איז אַז איר האָט אַלע דיין עגגס אין ווייניקערע קערב -אויב איין גרויס פּריזמאַטיק צעל פיילז, איר פאַרלירן מער קאַפּאַציטעט ווי אויב איין קליין סילינדריקאַל צעל פיילז.

טאַש סעלז נעמען די פּלאַץ עפעקטיווקייַט געדאַנק ווייַטער דורך ילימאַנייטינג די מעטאַל קענען לעגאַמרע. דער צעל איז געחתמעט אין אַ פלעקסאַבאַל אַלומינום -לאַמאַנייט טאַש. דאָס סאַוועס אפֿשר 10 -15% וואָג קעגן אַ פּריזמאַטיק קענען, און די פֿאָרמאַט איז גאָר פלעקסאַבאַל - איר קענען מאַכן זיי קיין גרייס אָדער פאָרעם די אַפּלאַקיישאַן ריקווייערז. EV מאַניאַפאַקטשערערז ווי זיי ווייַל איר קענען אָנלייגן זיי גלייַך אין קאָאָלינג פּלאַטעס. די שוואַכקייַט איז מעטשאַניקאַל: זיי דאַרפֿן פונדרויסנדיק קאַמפּרעשאַן צו פאַרמייַדן ילעקטראָוד דעלאַמינאַטיאָן בעשאַס סייקלינג, און זיי זענען מער שפּירעוודיק צו פּאַנגקטשער שעדיקן.

Lithium Ion Battery Technology

דער סעפּאַראַטאָר טוט נישט באַקומען פיל ופמערקזאַמקייט, אָבער עס איז אַרגיואַבלי די מערסט קריטיש זיכערקייַט קאָמפּאָנענט. עס איז אַ דין (16 - 25 μם טיפּיקלי) פּאָרעז מעמבראַנע וואָס האלט די אַנאָוד און קאַטאָוד פון רירנדיק בשעת אַלאַוינג ליטהיום ייאַנז צו פאָרן דורך. פרי סעפּערייטערז זענען איין-שיכטע פּאַליעטאַלין (פּע) אָדער פּאַליפּראָופּאַלין (פּפּ).

מאָדערן הויך פאָרשטעלונג סעפּאַראַטאָרס נוצן טרילייער סטראַקטשערז, טיפּיקלי PP/PE/PP. די פּע שיכטע האט אַ נידעריקער מעלטינג פונט (135 גראַד) ווי פּפּ (165 גראַד). אויב דער צעל סטאַרץ אָוווערכיטינג, די פּע מעלץ און פילז אין די פּאָרעס, פאַרמאַכן אַראָפּ ייאַניק אַריבערפירן איידער די טעמפּעראַטור ריטשאַז געפערלעך לעוועלס. דאָס איז גערופן טערמאַל שאַטדאַון, און דאָס איז דיין לעצטע שורה פון פאַרטיידיקונג איידער טערמאַל ראַנאַוויי.

סעראַמיק -קאָוטאַד סעפּאַראַטאָרס לייגן אן אנדער זיכערקייַט גרענעץ. א דין (2-4 μם) קאָוטינג פון אַלומינאַ אָדער אנדערע סעראַמיק פּאַרטיקאַלז אויף איין אָדער ביידע זייטן פון די סעפּאַראַטאָר האלט סטראַקטשעראַל אָרנטלעכקייַט אפילו אויב די פּאָלימער צעלאָזן. די קאָוטינג איז פּאָרעז גענוג אַז ייאַניק אַריבערפירן האלט, אָבער עס פּריווענץ די ילעקטראָוד פון קורץ - סערקיייטינג אפילו בייַ טעמפּעראַטורעס העכער 150 גראַד. די דאַונסייד איז קאָס-סעראַמיק-קאָוטאַד סעפּאַראַטאָרס לויפן 2-3 × די פּרייַז פון נאָרמאַל סעפּערייטערז - און אַ ביסל העכער ימפּידאַנס.

פּאָראָסיטי איז טיפּיקלי 40 -50%. צו נידעריק און ייאַניק קעגנשטעל גייט אַרויף, לימאַטינג מאַכט פיייקייט. צו הויך און מעטשאַניקאַל שטאַרקייַט סאַפערז. פּאָרע גרייס פאַרשפּרייטונג ענינים אויך; די גורליי נומער (לופט לעדוירעס פּראָבע) איז אַ נאָרמאַל ספּעק. רובֿ עוו-מיינונג סעפּערייטערז ציל 200-400 סעקונדעס / 100 קק.

די עלעקטראָליטע אין אַ ליטהיום יאָן צעל איז מער קאָמפּליצירט ווי איר זאל טראַכטן. די באַזע פאָרמיוליישאַן איז טיפּיקלי אַ ליטהיום זאַלץ -ליפּף (ליטהיום העקסאַפלואָראָפאָספאַטע) אין 95% + פון סעלז - צעלאָזן אין אַ געמיש פון אָרגאַניק קאַרבאָנאַטע. פּראָסט סאָלוואַנץ אַרייַננעמען עטאַלין קאַרבאַנייט (עק), דימעטהיל קאַרבאַנייט (דמק), דיעטהיל קאַרבאַנייט (דעק), און עטאַל מעטהיל קאַרבאַנייט (עמק).

די קאַנסאַנטריישאַן פון ליפּף₆ איז יוזשאַוואַלי אַרום 1.0 צו 1.2 ם (מאָלער). העכער קאַנסאַנטריישאַן ימפּרוווז ייאַניק קאַנדאַקטיוואַטי אַרויף צו אַ פונט, אָבער ווייַטער פון 1.3 ם אָדער אַזוי איר אָנהייבן צו באַקומען זאַלץ אָפּזאַץ ביי נידעריק טעמפּעראַטורעס. LiPF₆ האט ישוז -עס איז פייַכט-שפּירעוודיק און הייבט זיך אן צו צעפאלן העכער 60 גראַד -אָבער אַלטערנאַטיוועס ווי LiBOB אָדער LiFSI האָבן עס נאָך נישט דיספּלייסט רעכט צו קאָס אָדער אנדערע טריידאָפס.

די קאַרבאַנייט סאַלוואַנט צונויפגיסן איז טונד פֿאַר די אַפּלאַקיישאַן. EC האט הויך דיעלעקטריק קעסיידערדיק און גוט SEI -פאָרמינג פּראָפּערטיעס, אָבער עס פריזיז ביי 36 גראַד. איר דאַרפֿן צו צונויפגיסן עס מיט נידעריק - וויסקאָסיטי קאַרבאָנאַטעס ווי DMC אָדער EMC צו האַלטן נידעריק - טעמפּעראַטור פאָרשטעלונג. א טיפּיש פאָרמיוליישאַן קען זיין EC:DMC 1:1 לויט באַנד, אָדער EC:EMC 3:7. די פּינטלעך ריישיאָוז זענען פּראַפּרייאַטערי און ענג גאַרדאַד.

אַדאַטיווז זענען ווו די פאַקטיש כעמיע מאַגיש כאַפּאַנז. מאָדערן עלעקטראָליטעס אַנטהאַלטן 2 -5% לויט וואָג פון פאַרשידן אַדאַטיווז וואָס מאָדיפיצירן SEI פאָרמירונג, פאַרמייַדן אָוווערטשאַרדזשינג, פאַרשטיקן גאַז דזשענעריישאַן, אָדער פֿאַרבעסערן הויך - טעמפּעראַטור פעסטקייַט. ווינילענע קאַרבאַנייט (VC) ביי 1-2% איז כּמעט וניווערסאַל פֿאַר ימפּרוווינג סיי קוואַליטעט אויף גראַפייט אַנאָדעס. פלואָרעטהילענע קאַרבאַנייט (פעק) אַרבעט בעסער פֿאַר סיליציום-מיט אַנאָדעס. די קאַמפּאַונדז פּרעפערענטשאַלי רעדוצירן בעשאַס די ערשט טשאַרדזשינג סייקאַלז, פאָרמינג אַ פּראַטעקטיוו שיכטע אויף די אַנאָוד וואָס איז יאָניקאַללי קאַנדאַקטיוו אָבער עלעקטראָניש ינסאַלייטינג.

אָווערטשאַרדזש שוץ אַדאַטיווז ווי ביפעניל אָדער סיקלאָהעקסילבענזענע אָנהייבן פּאַלימערייזינג אַרום 4.5 וו, קריייטינג אַן ינערלעך שאַנט וואָס פּריווענץ וואָולטידזש פון קליימינג ווייַטער. דאָס גיט איר עטלעכע שוץ אויב די BMS פיילז, כאָטש פאַרלאָזנ אויף עס איז דאָך נישט אַ פּלאַן בעסטער פיר.

די SEI איז מיסטאָמע דער קלענסטער פארשטאנען אָבער מערסט וויכטיק אַספּעקט פון ליטהיום יאָן באַטאַרייע אָפּעראַציע. בעשאַס דער ערשטער ביסל טשאַרדזשינג סייקאַלז, עלעקטראָליטע קאַמפּאָונאַנץ רעאַגירן מיט די אַנאָוד ייבערפלאַך, פאָרמינג אַ פּאַסיוויישאַן שיכטע. די שיכטע איז קריטיש: עס מוזן זיין יאָניקאַללי קאַנדאַקטיוו (צו לאָזן ליטהיום ייאַנז דורך) אָבער עלעקטראָניש ינסאַלייטינג (צו פאַרמייַדן ווייַטער דיקאַמפּאָוזישאַן פון עלעקטראָליטע). SEI זאַץ איז אַ באַלאַגאַן - דאַזאַנז פון ליטהיום סאָלץ, אָרגאַניק קאַמפּאַונדז, און פּאָלימערס אַלע געמישט צוזאַמען אין אַ שיכטע 10-100 נם דיק.

גוט SEI פאָרמירונג איז דער חילוק צווישן אַ צעל וואָס סייקאַלז 500 מאָל און איינער וואָס סייקאַלז 3,000 מאָל. די פּראָבלעם איז אַז די SEI איז נישט סטאַטיק. עס קראַקס בעשאַס באַנד ענדערונגען אין די אַנאָוד, יקספּאָוזינג פריש ייבערפלאַך וואָס קאַנסומז מער עלעקטראָליטע און ליטהיום צו פאַרריכטן די שעדיקן. דאָס איז וואָס קאַפּאַציטעט פיידז איבער סייקלינג אפילו ווען איר זענט מילד מיט די צעל.

פאָרמירונג סייקלינג איז אַ קריטיש מאַנופאַקטורינג שריט. סעלז אַנדערגאָו איין אָדער מער פּאַמעלעך אָפּצאָל- אָפּזאָגן סייקאַלז ביי קאַנטראָולד טעמפּעראַטורעס צו פאַרלייגן די ערשט SEI. פאָרמירונג פּראָטאָקאָלס זענען פּראַפּרייאַטערי, אָבער טיפּיש ערשטער- ציקל טשאַרדזשינג רייץ זענען C/20 צו C/10, און דער פּראָצעס קען נעמען 24-48 שעה. מאַניאַפאַקטשערערז אַפּטאַמייז פאָרמירונג וואָולטידזש לימאַץ, טעמפּעראַטור, מנוחה פּיריאַדז און סייקלינג פּאַטערנז צו פּראָדוצירן די מערסט סטאַביל SEI מעגלעך. באַקומען דעם פאַלש קאָס איר ציקל לעבן.

קאַלענדאַר יידזשינג -קאַפּאַציטעט אָנווער אפילו ווען דער צעל איז נאָר זיצן דאָרט -איז לאַרגעלי אויך אַ SEI דערשיינונג. די SEI האלט צו וואַקסן סלאָולי אין עפענען קרייַז, קאַנסומינג סייקלאַבאַל ליטהיום. סטאָרידזש אין הויך שטאַט פון אָפּצאָל און הויך טעמפּעראַטור אַקסעלערייץ דעם. א צעל סטאָרד אין 100% SOC און 60 גראַד קען פאַרלירן 20% קאַפּאַציטעט אין אַ יאָר, בשעת דער זעלביקער צעל אין 50% SOC און 25 גראַד קען פאַרלירן 3%.

ליטהיום יאָן סעלז זענען שפּירעוודיק צו אָוווערטשאַרדזשינג, איבער- אָפּזאָגן און טשאַרדזשינג ביי ינאַפּראָופּרייט טעמפּעראַטורעס. דאָס איז וואָס יעדער מאַלטי- צעל באַטאַרייע פּאַק דאַרף אַ BMS (באַטאַרייע פאַרוואַלטונג סיסטעם).

דער נאָרמאַל טשאַרדזשינג אופֿן איז קעסיידערדיק קראַנט / קעסיידערדיק וואָולטידזש (CC-CV). בעשאַס די סיסי פאַסע, איר שטופּן קראַנט אין דער צעל מיט אַ פאַרפעסטיקט קורס - טיפּיקלי 0.5C צו 1C פֿאַר רובֿ סעלז, כאָטש עטלעכע הויך - מאַכט סעלז קענען שעפּן 3C אָדער מער. וואָולטידזש ריסעס ווי דער צעל טשאַרדזשיז. ווען וואָולטידזש ריטשאַז דער אויבערשטער שיעור (4.2 וו פֿאַר רובֿ כעמיע, 3.65 וו פֿאַר לפפּ, 4.3 וו אָדער 4.35 וו פֿאַר עטלעכע הויך - ענערגיע NMC וועריאַנץ), איר באַשטימען צו קוו מאָדע. די קראַנט טאַפּערז אַוועק ווען דער צעל אַפּראָוטשיז פול אָפּצאָל, טיפּיקלי קאַטינג אַוועק ווען די קראַנט טראפנס אונטער C/20 אָדער C/50.

שנעל טשאַרדזשינג איז מער קאָמפּליצירט. העכער אָפּצאָל ראַטעס פאַרגיכערן ליטהיום פּלייטינג אויף די אַנאָוד, וואָס איז געפערלעך - מעטאַלליק ליטהיום איז העכסט ריאַקטיוו און קענען פירן צו ינערלעך קורצע הייזלעך אָדער דענדריטע פאָרמירונג וואָס פּענאַטרייץ די סעפּאַראַטאָר. צו פאַסטן - באַשולדיקונג בעשאָלעם, איר דאַרפֿן צו פֿאַרשטיין ווי וואָולטידזש, קראַנט און טעמפּעראַטור ינטעראַקט מיט ליטהיום פּלאַטינג אָנסעט טנאָים.

די פּראָבלעם איז אַז איר קענען נישט מעסטן ליטהיום פּלייטינג גלייַך אין אַ געחתמעט צעל. איר האָבן צו אָפּשיקן עס פון אנדערע סיגנאַלז. איין צוגאַנג איז צו שפּור אַנאָוד פּאָטענציעל קעגן ליטהיום מעטאַל רעפֿערענץ. אויב אַנאָוד פּאָטענציעל גייט אונטער 0 וו קעגן לי / לי⁺, פּלייטינג איז געשעעניש. פּראָבלעם איז, רובֿ געשעפט סעלז טאָן ניט האָבן רעפֿערענץ ילעקטראָודז.

טעמפּעראַטור העכערונג בעשאַס שנעל טשאַרדזשינג אויך ענינים. א צעל טשאַרדזשינג ביי 2C קען זען זיין ינערלעך טעמפּעראַטור העכערונג 15 -20 גראַד העכער אַמביאַנט אפילו מיט אַקטיוו קאָאָלינג. ביי קאַלט טעמפּעראַטורעס, דאָס איז פאקטיש נוציק - אַ קאַלט צעל (זאָגן -10 גראַד) האט זייער נעבעך מאַכט פיייקייט, אָבער אויב איר קענען וואַרעם עס דורך טשאַרדזשינג ביי מעסיק רייץ (0.5C), פאָרשטעלונג ימפּרוווז. עטלעכע EVs טאַקע טאָן דאָס מיט ציל: אין קאַלט וועטער, זיי וועלן לויפן אַ קורץ הויך-קראַנט אָפּצאָל דויפעק צו וואַרעם די באַטאַרייע איידער דער שאָפער פארלאנגט הויך מאַכט פֿאַר אַקסעלעריישאַן.

צעל באַלאַנסינג איז נייטיק ווייַל סעלז אין סעריע קיינמאָל בלייַבן בישליימעס מאַטשט. מאַנופאַקטורינג טאָלעראַנץ, קליין דיפעראַנסיז אין זיך-- אָפּזאָגן ראַטעס, און טערמאַל גראַדיענץ אַריבער די פּאַק גרונט וואָולטידזש דריפט. אויב איר באַשולדיקן אַ סעריע שטריקל אָן באַלאַנסינג, עטלעכע סעלז שלאָגן די אויבערשטער וואָולטידזש שיעור איידער אנדערע. די שטאַרק צעלן זענען אונטערטשאַרדזשד, די שוואַך סעלז זענען אָוווערטשאַרדזשד, און פאָרשטעלונג סאַפערז.

פּאַסיוו באַלאַנסינג ניצט רעסיסטאָרס צו בלוטיקן ענערגיע פון העכער- וואָולטידזש סעלז. עס איז פּשוט און ביליק אָבער וויסט ענערגיע ווי היץ. אַקטיוו באַלאַנסינג ניצט DC-DC קאַנווערטערז אָדער קאַפּאַסאַטערז צו אַריבערפירן ענערגיע פון הויך סעלז צו נידעריק סעלז. מער עפעקטיוו, מער קאָמפּליצירט, מער טייַער. פֿאַר אַ 400 וו עוו פּאַק, פּאַסיוו באַלאַנסינג קען קאַנטיניואַסלי וויסט 50-100 וו, וואָס איז נעגלאַדזשאַבאַל קאַמפּערד מיט דרייווינג מאַכט אָבער מוסיף אַרויף מיט צייט.

Lithium Ion Battery Technology

היץ דזשענעריישאַן אין אַ ליטהיום יאָן צעל קומט פון דריי קוואלן: יריווערסאַבאַל היץ (דזשאָולע באַהיצונג פון ינערלעך קעגנשטעל), ריווערסאַבאַל היץ (ענטראָפּיע ענדערונג פון די עלעקטראָטשעמיקאַל רעאַקציע), און היץ פון זייַט ריאַקשאַנז. ביי נידעריק צו מעסיק C- רייץ, ריווערסאַבאַל היץ דאַמאַנייץ. ביי הויך C- רייץ נעמט איבער די אומקערפערליכע היץ.

די ריווערסאַבאַל היץ טערמין איז טשיקאַווע ווייַל עס ענדערונגען צייכן דיפּענדינג אויף SOC. פֿאַר רובֿ ליטהיום יאָן כעמיע, טשאַרדזשינג דזשענערייץ היץ ביי נידעריק סאָק אָבער אַבזאָרבז היץ ביי הויך סאָק. דיסטשאַרדזשינג טוט די פאַרקערט. די קראָסאָוווער פונט איז טיפּיקלי אַרום 50-60% SOC. דאָס איז וואָס איר קען זען די צעל טעמפּעראַטור אַקשלי פאַלן בעשאַס די לעצט פאַסע פון טשאַרדזשינג אויב די קראַנט איז נידעריק גענוג.

ינערלעך קעגנשטעל וועריז מיט טעמפּעראַטור, SOC און יידזשינג. ביי 25 גראַד, אַ פריש 18650 צעל קען האָבן 40 -60 מיליאָכאַמז דק קעגנשטעל. אין -20 גראַד, דאָס קען שפּרינגען צו 200-300 מיליאָומז. דאָס איז וואָס קאַלט-וועטער EV קייט טראפנס אַזוי דראַמאַטיקלי. ניט בלויז איז כעמיע סלאָוער ביי נידעריק טעמפּעראַטורעס, אָבער די ינערלעך קעגנשטעל פאַרגרעסערן מיטל מער פון די באַטאַרייע ס ענערגיע איז ווייסטאַד ווי היץ ין דער צעל.

די טערמאַל ראַנאַוויי שוועל דעפּענדס אויף כעמיע. פֿאַר NMC סעלז, עקסאָטהערמיק דיקאַמפּאָוזישאַן ריאַקשאַנז אָנהייבן אַרום 180-220 גראַד. אַמאָל סטאַרטעד, די טעמפּעראַטור קענען העכערונג אין 10-50 דיגריז פּער סעקונדע, ריטשינג 800 דיגריז אָדער העכער. LFP איז פיל סאַפער; טערמאַל ראַנאַוויי אָנסעט איז 270 גראַד + און די מאַקסימום ריטשט טעמפּעראַטור איז נידעריקער.

פּראַפּאַגיישאַן צווישן סעלז אין אַ פּאַק איז די פאַקטיש געפאַר. אויב איינער צעל גייט אין טערמאַל ראַנאַוויי, עס היץ זייַן שכנים. צי די ארומיקע סעלז אויך לויפן אַוועק דעפּענדס אויף קאָאָלינג פיייקייט, צעל ספּייסינג און ינסאַליישאַן. UL 9540A פּראַפּאַגיישאַן טעסטינג סימיאַלייץ דעם דורך פאָרסינג איין צעל אין טערמאַל ראַנאַוויי און מאָניטאָרינג צי שכייניש סעלז נאָכפאָלגן. גוט פּאַק פּלאַן כּולל די דורכפאַל צו איין צעל אָדער אין רובֿ אַ קליין מאָדולע.

קאָאָלינג סטראַטעגיעס זענען אַנדערש. לופט קאָאָלינג איז סימפּלאַסט -בלאָזן לופט איבער די סעלז אָדער פּאַק. אַרבעט גוט פֿאַר אַפּלאַקיישאַנז מיט נידעריק מאַכט געדיכטקייַט ווי PHEVs אָדער ענערגיע סטאָרידזש סיסטעמען. פליסיק קאָאָלינג איז נייטיק פֿאַר הויך - פאָרשטעלונג EVs. רובֿ דיזיינז נוצן אַ 50:50 וואַסער -גלייקאָל מישן ביי 10-25 ליטער פּער מינוט דורך קאַלט פּלאַטעס אָדער קאָאָלינג טשאַנאַלז. די ינלעט טעמפּעראַטור איז טיפּיקלי קאַנטראָולד צו 20-35 דיגריז. די טעמפּעראַטור גראַדיאַנץ פון די באַטאַרייע פּאַק זאָל זיין אונטער 5 גראַד מאַקס צו מין צו ויסמיידן אַקסעלערייטיד יידזשינג פון די האָטטעסט סעלז.

עטלעכע יקספּערמענאַל דיזיינז נוצן ריפרידזשעראַנט קאָאָלינג, טבילה קאָאָלינג אין דיעלעקטריק פליסיק, אָדער פאַסע- טוישן מאַטעריאַלס. ריפרידזשעראַנט קאָאָלינג קענען ציען מער היץ אויס אָבער ריקווייערז אַ מער קאָמפּליצירט אַק סיסטעם. טבילה קאָאָלינג האט ויסגעצייכנט היץ אַריבערפירן קאָואַפישאַנץ (500-2,000 וו/מ²ק קעגן 50-150 וו/מ²ק פֿאַר ומדירעקט פליסיק קאָאָלינג), אָבער סילינג און פליסיק קאַמפּאַטאַבילאַטי זענען טשאַלאַנדזשיז. פּקמס אַרבעט פּאַסיוולי אָבער דאַרפֿן צו אָפּוואַרפן די סטאָרד היץ יווענטשאַוואַלי, אַזוי זיי דער הויפּט העלפֿן מיט טראַנזשאַנט קאָאָלינג בעשאַס שנעל טשאַרדזשינג אָדער שווער אַקסעלעריישאַן.

קאַפּאַסיטי וועלקן און ימפּידאַנס וווּקס זענען די צוויי הויפּט דערנידעריקונג מעקאַניזאַמז. זיי זענען געפֿירט דורך עטלעכע פאַרשידענע גשמיות און כעמיש פּראַסעסאַז געשעעניש סיימאַלטייניאַסלי.

אויף די אַנאָוד זייַט, SEI גראָוט קאַנסומז סייקלאַבאַל ליטהיום און עלעקטראָליטע, ינקריסינג קעגנשטעל. גראַפיטע עקספאָולייישאַן קענען פּאַסירן אויב די צעל איז באפוילן ביי נידעריק טעמפּעראַטורעס - ליטהיום פּלאַטעס אויף די גראַפיטע ייבערפלאַך אַנשטאָט פון ינטערקאַלייטינג, און ווען עס יווענטשאַוואַלי ינטערקאַלייט, עס ברייקס די גראַפיטע סטרוקטור באַזונדער. דאָס איז אָפט יריווערסאַבאַל. בינדער דיקאַמפּאָוזישאַן ביי עלעוואַטעד טעמפּעראַטורעס ז אָנווער פון עלעקטריקאַל קאָנטאַקט צווישן פּאַרטיקאַלז.

קאַטאָוד דערנידעריקונג כולל יבערגאַנג מעטאַל דיסאַלושאַן (ספּעציעל מאַנגאַנעס אין למאָ אָדער מאַנגאַנעס מיט NMC), סטראַקטשעראַל ענדערונגען פון ריפּיטיד ליטהיום ינסערשאַן / יקסטראַקשאַן, און ייבערפלאַך ריקאַנסטראַקשאַן אין הויך -ניקעל קאַטאָודז. די צעלאָזן יבערגאַנג מעטאַלס מייגרייט צו די אַנאָוד ווו זיי קאַטאַליזירן SEI גראָוט, אַזוי קאַטאָוד דערנידעריקונג מינאַצאַד אַקסעלערייץ אַנאָוד דערנידעריקונג.

עלעקטראָליטע דיקאַמפּאָוזישאַן און גאַז דזשענעריישאַן זענען גרעסערע פּראָבלעמס ביי הויך וואָולטאַדזשאַז און הויך טעמפּעראַטורעס. פּראָסט גאַסאַז אַרייַננעמען CO₂, CO און פאַרשידן כיידראָוקאַרבאַנז פֿון קאַרבאַנייט דיקאַמפּאָוזישאַן. אין טאַש סעלז, איר וועט זען די טאַש סוועלן קענטיק. אין סילינדריקאַל אָדער פּריזמאַטיק סעלז מיט שווער קאַסעס, דרוק בויען זיך ביז די זיכערקייַט ויסגאַנג אָפּענס (טיפּיקלי ביי 10-15 באַר).

אָנווער פון ליטהיום ינוואַנטאָרי איז אַ הויפּט וועלקן מעקאַניזאַם. יעדער מאָל ווען די SEI וואַקסן אָדער ליטהיום פּלאַטעס יריווערסאַבאַל אויף די אַנאָוד, עטלעכע ליטהיום איז גענומען אויס פון די בעקן פון סייקלאַבאַל ליטהיום. יווענטשאַוואַלי איר לויפן אויס און קאַפּאַציטעט טראפנס.

פּלוצעמדיק פייליערז קענען פּאַסירן פֿון ינערלעך קורצע הייזלעך. רובֿ קורצע הייזלעך אָנהייבן קליין - אַ קליינטשיק מעטאַל פּאַרטאַקאַל פּאַנגקטשערז די סעפּאַראַטאָר, אָדער אַ ליטהיום דענדריטע וואקסט דורך. דער קורץ קריייץ אַ הייס אָרט, וואָס אַקסעלערייץ דערנידעריקונג לאָוקאַלי, וואָס מאכט די קורץ ערגער, און איר באַקומען אַ positive באַמערקונגען שלייף. מאל די צעל זיך -היילט אויב די קורץ צעלאָזן זיך עפענען. אנדערע מאל עס פּראָגרעסיז צו טערמאַל ראַנאַוויי.

נאָגל דורכדרונג טעסץ (פאָרסינג אַ שטאָל נאָגל דורך אַ באפוילן צעל) זענען אַ נאָרמאַל זידלען פּרובירן. LFP סעלז טיפּיקלי טאָן ניט גיין אין טערמאַל ראַנאַוויי פון נאָגל דורכדרונג. NMC סעלז אָפט טאָן, כאָטש דיזיינז מיט בעסער סעפּאַראַטאָרס און נידעריקער ספּעציפיש ענערגיע קענען מאל פאָרן.

פיגורע 5 פּלאָץ קאַפּאַציטעט ריטענשאַן קעגן ציקל נומער פֿאַר עטלעכע כעמיע אונטער מעסיק סייקלינג טנאָים (1C אָפּצאָל / אָפּזאָגן, 25 גראַד, 100% דאָד).

איר קענען נישט גלייַך מעסטן ווי פיל ענערגיע איז אין אַ ליטהיום יאָן צעל. איר מוזן אָפּשאַצן עס פון אנדערע מעזשערמאַנץ: וואָולטידזש, קראַנט און טעמפּעראַטור.

די סימפּלאַסט סאָק אָפּשאַצונג אופֿן איז וואָולטידזש-באזירט. יעדער כעמיע האט אַ כאַראַקטעריסטיש אָפֿן-קרייַז וואָולטידזש קעגן SOC ויסבייג. מעסטן די וואָולטידזש נאָך די צעל האט רעסטיד פֿאַר אַ בשעת (צו לאָזן טראַנזשאַנט וואָולטידזש טראפנס פון ינערלעך קעגנשטעל פאַרפוילן), קוק עס אַרויף אויף די OCV ויסבייג, און איר וויסן SOC. פּראָבלעם איז, איר ראַרעלי האָבן צייט פֿאַר די צעל צו רו אין פאַקטיש אַפּלאַקיישאַנז.

קאָולאָמב קאַונטינג איז דער נאָרמאַל צוגאַנג. איר ויסשטימען קראַנט איבער צייַט צו שפּור אָפּצאָל אין און אויס. אויב איר אָנהייבן מיט אַ באַוווסט SOC, איר קענען רעכענען די נייַע SOC אין קיין צייט. די אַקיעראַסי דעפּענדס אויף דיין קראַנט סענסער (± 0.5% איז טיפּיש) און וויסן די אמת קאַפּאַציטעט. ערראָרס אַקיומיאַלייט איבער צייַט, אַזוי איר דאַרפֿן צו פּיריאַדיקלי רעקאַליברירן דורך טאן אַ פול אָפּצאָל אָדער אָפּזאָגן ציקל.

מאָדעל-באזירט מעטהאָדס נוצן אַן עקוויוואַלענט קרייַז מאָדעל אָדער עלעקטראָטשעמיקאַל מאָדעל פון דער צעל. איר מעסטן וואָולטידזש און קראַנט וואָקזאַל, לויפן זיי דורך דיין מאָדעל און עקסטראַקט ינערלעך שטאַטן אַרייַנגערעכנט SOC. עקסטענדעד קאַלמאַן פילטערס אָדער ענלעך שטאַט אַבזערווערז זענען פּראָסט. די אַפּראָוטשיז קענען זיין זייער פּינטלעך (± 2% SOC טעות) אָבער דאַרפן גוט מאָדעלס און באַטייַטיק קאַמפּיוטיישאַנאַל רעסורסן.

SOH אָפּשאַצונג איז האַרדער ווייַל איר פּרוּווט צו קוואַנטיפיצירן דערנידעריקונג, וואָס איז פּאַמעלעך און גראַדזשואַל. קאַפּאַסיטי וועלקן און ימפּידאַנס וווּקס טאָן ניט דאַווקע קאָראַלייט לינעאַרלי מיט יעדער אנדערע אָדער מיט ציקל ציקל. א צעל וואָס איז געווען שנעל- טשאַרדזשד אַ פּלאַץ קען האָבן הויך ימפּידאַנס אָבער בלויז מעסיק קאַפּאַציטעט וועלקן. א צעל וואָס איז סטאָרד אין הויך SOC / טעמפּעראַטור קען האָבן אַ באַטייטיק קאַפּאַציטעט וועלקן אָבער אַ לעפיערעך נידעריק ימפּידאַנס וווּקס.

ינדאַסטרי פיר איז צו דעפינירן SOH באזירט אויף קאַפּאַציטעט: אַ צעל מיט 80% פון זיין אָריגינעל קאַפּאַציטעט איז ביי 80% SOH, און דאָס איז אָפט גערעכנט ווי דער סוף -פון -לעבן פֿאַר EV אַפּלאַקיישאַנז. דער צעל נאָך אַרבעט, אָבער די קייט איז געפאלן 20%. פֿאַר ענערגיע סטאָרידזש אַפּלאַקיישאַנז, סעלז קענען זיין געניצט צו 60-70% SOH.

עטלעכע BMS ס טאָן פּעריאָדיש קאַפּאַציטעט טשעקס - גאָר אָפּזאָגן די באַטאַרייע אין נידעריק קורס און מעסטן ווי פיל ענערגיע קומט אויס. דאָס איז פּינטלעך אָבער ינטרוסיוו (די באַטאַרייע איז אַנאַוויילאַבאַל בעשאַס די פּראָבע) און נעמט שעה. אנדערע אַפּראָוטשיז פּרובירן צו אָפּשאַצן קאַפּאַציטעט מינאַצאַד פון וואָולטידזש קורוועס, ימפּידאַנס מעזשערמאַנץ אָדער קולאָמבייק עפעקטיווקייַט.

אינערלעכער קעגנשטעל קענען ווערן געמאסטן דורך אַפּלייינג אַ קראַנט דויפעק און מעסטן וואָולטידזש ענטפער, אָדער דורך ינדזשעקטינג אַ קליין אַק סיגנאַל אין פאַרשידן פריקוואַנסיז (ילעקטראָוטשעמיקאַל ימפּידאַנס ספּעקטראַסקאָפּי). EIS גיט פיל מער אינפֿאָרמאַציע אָבער ריקווייערז ספּעשאַלייזד ייַזנוואַרג וואָס איז ראַרעלי פאָרשטעלן אין געשעפט BMSs.

Lithium Ion Battery Technology

ווען אַן EV באַטאַרייע ריטשאַז די סוף -פון -לעבן (טיפּיקלי 70 -80% פון אָריגינעל קאַפּאַציטעט), עס איז נאָך בישליימעס פאַנגקשאַנאַל פֿאַר ווייניקער פאדערן אַפּלאַקיישאַנז. צווייטע לעבן באַטאַרייע נוצן איז גיינינג טראַקשאַן פֿאַר סטיישאַנערי ענערגיע סטאָרידזש.

די עקאָנאָמיק איז שווער. איר מוזן פּרובירן די ויסגעדינט פּאַק, פּאַטענטשאַלי רימאַנופאַקטורע עס (פאַרבייַטן די BMS, קאָאָלינג סיסטעם אָדער דאַמידזשד מאַדזשולז), באַווייַזן עס פֿאַר די נייַע אַפּלאַקיישאַן און צושטעלן אַ וואָראַנטי. דאָס אַלץ קאָס געלט. כּדי די צווייטע -לעבן זאָל זינען, דאַרף דער ריפערבישט פּעקל קאָסטן פיל ווייניגער ווי אַ נייע פּעקל דיזיינד פֿאַר די סטיישאַנערי אַפּלאַקיישאַן. קאָס ברעכן אפילו אויב ריפערבישמאַנט לויפט ווייניקער ווי 40-50% פון נייַ פּאַקקאַגינג קאָס, דיפּענדינג אויף וועמענס אַנאַליסיס איר גלויבן.

טעסטינג ויסגעדינט סעלז איז ניט-ניט טריוויאַל. א מאָדולע קען אַנטהאַלטן הונדערטער פון סעלז אין סעריע - פּאַראַלעל. איר קענען נישט לייכט פּרובירן זיי ינדיווידזשואַלי. איר קענען פּרובירן די מאָדולע ווי אַ אַפּאַראַט, אָבער איין שלעכט צעל קענען מאַסקע זיך. עטלעכע דערנידעריקונג מאָדעס זענען שווער צו דעטעקט אָן דעסטרוקטיווע טעסטינג. עס איז אויך די אַכרייַעס קשיא: אויב אַ צווייטע-לעבן באַטאַרייע קאַטשאַז פייַער, ווער איז פאַראַנטוואָרטלעך?

ריסייקלינג איז די לעצט סוף-פון-לעבן וועג. איצטיקע ריסייקלינג אין גרויס וואָג ניצט פּיראָמעטאַללערגיע (מעלטינג) אָדער כיידראָומעטאַלורגי (כעמיש ליטשינג). פּיראָמעטאַללערגי איז סימפּלער אָבער ווייניקער סעלעקטיוו -איר באַקומען געמישט מעטאַל אַלויז וואָס דאַרפֿן ווייַטער ראַפינירן. הידראָמעטאַלורגי קענען צוריקקריגן יחיד מעטאַלס מיט העכער ריינקייַט אָבער ריקווייערז מער סטעפּס און דזשענערייץ כעמישער וויסט.

די עקאָנאָמיק פון ריסייקלינג אָפענגען שווער אויף מעטאַל פּרייסיז. קאָבאַלט איז ווערטפול (בעערעך $30 -40/קג היסטאָריש, כאָטש פּרייסאַז שווינדלען ווילד), אַזוי ריסייקלינג קאָבאַלט -רייך כעמיע איז עקאַנאַמיקלי ווייאַבאַל. ניקאַל איז ווערט ריסייקלינג אין וואָג. מאַנגאַנעסע, אייַזן, און אַלומינום זענען נידעריק - ווערט מעטאַלס, אַזוי ריסייקלינג מאכט זינען דער הויפּט צו האַלטן זיי אויס פון לאַנדפילז. ליטהיום איז טשיקאַווע - עס איז נישט דער הויפּט ווערטפול פּער קילאָ, אָבער צושטעלן קאַנסטריינץ מאַכן אָפּזוך אַטראַקטיוו.

דירעקט ריסייקלינג -דיסאַססעמבל די באַטאַרייע און ריוזינג קאַטאָוד אָדער אַנאָוד מאַטעריאַל גלייַך אָן ברייקינג עס אַראָפּ צו מעטאַל סאָלץ - איז אַ הייס פאָרשונג געגנט. אויב איר קען צוריקקריגן קאַטאָוד פּודער אין ניצלעך פאָרעם, איר וואָלט שפּאָרן די ענערגיע און קאָס פון קאַטאָוד סינטעז. טשאַלאַנדזשיז אַרייַננעמען סעפּערייטינג די אַקטיוו מאַטעריאַל פון קראַנט קאַלעקטערז און בינדערס, און האַנדלינג מיט די פאַקט אַז ריסייקאַלד מאַטעריאַל איז אַ געמיש פון סעלז פון פאַרשידענע מאַניאַפאַקטשערערז, צייטן און כעמיע.