— От проектирования ячеек до управления системой | Технический обзор EverExceed

Срок службы цикла литий-ионный аккумулятор определяется сочетанием внутренние клеточные факторы , внешние условия эксплуатации , и управление на системном уровне Среди них конструкция элементов и качество изготовления составляют основу, в то время как эксплуатационные нагрузки и стратегии управления батареей напрямую влияют на долгосрочную производительность.

Обладая многолетним опытом в промышленные литиевые батареи , системы хранения энергии (ESS) , и решения на основе литиевых батарей для источников бесперебойного питания , EverExceed В производстве используются передовые материалы, точные производственные процессы, а также интеллектуальные системы управления батареями (BMS) и технологии терморегулирования для максимального увеличения срока службы и надежности батарей.

I. Внутренние клеточные факторы (проектирование и производство)

Эти факторы определяют основной срок службы литий-ионной батареи и зависят от выбора материалов и производственных процессов.

1. Катодные материалы

• Чистота материала и кристаллическая структура
  Примеси могут вызывать побочные реакции и повреждать кристаллическую решетку. Полная и стабильная структура. кристаллическая структура оливинового типа (например, LiFePO₄) является основой длительного срока службы.

• Размер и распределение частиц
  Хотя наночастицы могут улучшить скоростные характеристики, они значительно увеличивают удельную площадь поверхности и ускоряют побочные реакции. Однородные микрочастицы с оптимизированным распределением размеров обеспечивают лучший баланс между производительностью и долговечностью.

• Углеродное покрытие и легирование
  Высококачественное углеродное покрытие повышает электропроводность и снижает поляризацию, а соответствующее легирование элементами стабилизирует кристаллическую структуру и улучшает способность к диффузии ионов лития.

EverExceed выбирает высокочистые катодные материалы и оптимизированная инженерия частиц для обеспечения превосходной структурной стабильности и долговременной работы в условиях циклической нагрузки.

2. Анодные материалы

• Тип и морфология графита
  Искусственный графит, как правило, обеспечивает больший срок службы, чем природный графит. Ориентация частиц графита и пористость существенно влияют на стабильность слоя SEI и обратимость интеркаляции и деинтеркаляции ионов лития.

• Конструкция с избыточной емкостью анода
  Анод обычно проектируется с немного большей емкостью, чем катод, чтобы предотвратить осаждение лития при перезаряде, что повышает как безопасность, так и срок службы батареи.

3. Электролит

• Состав и рецептура
  Выбор солей лития (например, LiPF₆), растворителей (EC, DMC и т. д.) и функциональных добавок имеет решающее значение. Добавки, такие как... FEC и VC способствует формированию более стабильного и плотного слоя SEI на аноде, снижая непрерывное потребление лития и электролита.

• Контроль влажности и кислотности
  Даже следовые количества воды могут вступать в реакцию с компонентами электролита, образуя HF, который вызывает коррозию электродных материалов и значительно сокращает срок службы батареи.

Компания EverExceed нанимает строгий контроль чистоты электролита для обеспечения долговременной электрохимической стабильности.

4. Сепаратор

• Механическая прочность и термическая стабильность
  Сепаратор должен противостоять проникновению дендритов, чтобы предотвратить внутренние короткие замыкания. Хорошо продуманная функция термического отключения (закрытия пор) может прерывать реакции при аномальном повышении температуры.

• Пористость и смачиваемость
  Эти параметры напрямую влияют на ионную проводимость и равномерность распределения тока внутри ячейки.

5. Производственные процессы

• Равномерность покрытия электрода
  Неравномерное покрытие может привести к локальному перезаряду или переразряду.

• Каландрирование (плотность уплотнения)
  Чрезмерное уплотнение может повредить структуру материала и снизить смачиваемость электролитом, в то время как недостаточное уплотнение влияет на плотность энергии и проводящие сети.

• Контроль влажности, контроль заусенцев и чистота.
  Даже микроскопические производственные дефекты могут усиливаться при длительной эксплуатации.

• Процесс формирования
  Качество слоя SEI, образующегося в ходе начальных циклов зарядки и разрядки, напрямую определяет долговременную стабильность работы устройства в циклическом режиме.

EverExceed внедряет Производственные стандарты, сертифицированные по стандарту ISO а также передовые процессы формирования, обеспечивающие стабильное качество клеток.

II. Внешние условия эксплуатации (факторы стресса)

Это наиболее прямые и контролируемые факторы, влияющие на срок службы литиевых батарей.

1. Стратегия зарядки и разрядки

• Скорость заряда/разряда (C-rate)
  Работа в режиме высокой скорости заряда увеличивает поляризацию, тепловыделение и механическое напряжение на электродных материалах, ускоряя деградацию емкости. Быстрая зарядка является одним из основных факторов, сокращающих срок службы батареи.

• Глубина сброса (DOD)
  Более глубокий разряд вызывает большее объемное расширение и сжатие электродных материалов. Неглубокий цикл разряда (например, 30–80% заряда) может значительно продлить срок службы батареи.

• Напряжение отсечки заряда и разряда
  Чрезмерное напряжение зарядки (например, >3,65 В на ячейку) ускоряет окисление электролита и деградацию катода, в то время как слишком низкое напряжение разряда может привести к разложению SEI и растворению медного токосъемника.

2. Температура

• Высокая температура (>35 °C)
  Ускоряет все побочные реакции, включая разложение электролита, утолщение SEI и растворение катодного металла, что приводит к увеличению внутреннего сопротивления и потере активного лития.

• Низкотемпературная зарядка (<0 °C)
  Медленная диффузия ионов лития при низких температурах может привести к осаждению лития на поверхности анода, образованию литиевых дендритов и серьезным рискам для безопасности.

• Равномерность температуры
  Разница температур между элементами внутри аккумуляторного блока приводит к дисбалансу производительности и ускоренной общей деградации.

3. Условия хранения

• Длительное хранение при высокой температуре с полным или пустым уровнем заряда батареи.
  Оба условия значительно ускоряют старение. Для длительного хранения необходимо Содержание органического углерода составляет около 50% при низкой температуре. рекомендуется.

III. Факторы управления на системном уровне

Для аккумуляторных батарей, состоящих из множества элементов, соединенных последовательно и параллельно, решающую роль играет управление системой.

1. Система управления батареями (BMS)

• Баланс клеток
  Из-за неизбежных производственных вариаций элементы питания незначительно различаются по емкости и внутреннему сопротивлению. Пассивная или активная балансировка снижает отклонение уровня заряда между элементами и предотвращает работу отдельных элементов в условиях перезаряда или переразряда.

• Точный мониторинг напряжения, тока и температуры.
  Предотвращает перезаряд, переразряд, перегрузку по току и перегрев.

• Высокоточная оценка содержания органического углерода в почве
  Точная оценка состояния заряда (SOC), сочетающая подсчет кулонов и коррекцию на основе модели, имеет важное значение для внедрения оптимизированных стратегий заряда и разряда.

EverExceed интегрирует интеллектуальные решения для систем управления батареями (BMS) в своих системах литиевых батарей и хранения энергии, чтобы обеспечить долгосрочную безопасность и надежность.

2. Система терморегулирования

• Эффективные решения для охлаждения
  Воздушное охлаждение, жидкостное охлаждение или материалы с фазовым переходом помогают поддерживать работу батареи в оптимальном температурном диапазоне (обычно 20–30 °C) и обеспечивать равномерность температуры по всем модулям — оба фактора имеют решающее значение для продления срока службы батареи.

EverExceed предлагает Индивидуальные решения для терморегулирования для центров обработки данных, систем бесперебойного питания и крупномасштабных систем хранения энергии.

Резюме и практические рекомендации

Основной принцип

Суть деградации срока службы литий-ионных батарей заключается в следующем: необратимая потеря активных ионов лития и структурной целостности электрода под воздействием комбинированного электрохимического и механического напряжения. Все влияющие факторы вращаются вокруг этого фундаментального механизма.

Практические советы по продлению срока службы батареи

• Избегайте экстремальных температур, особенно работы при высоких температурах и зарядки при низких температурах.

• Избегайте длительной полной зарядки или глубокого разряда.

• Установите ежедневный лимит зарядки на уровне 90–95%, когда полная зарядка не требуется.

• По возможности сократите частоту быстрой зарядки.

• Избегайте глубокого разряда; регулярно заряжайте аккумулятор.

• Для длительного хранения поддерживайте уровень заряда батареи около 50% в прохладном, сухом месте.