مقدمة لبطارية الليثيوم للدراجة الكهربائية

مقدمة موجزة عن بطاريات الليثيوم أنواع

يمكن تقسيم بطاريات ليثيوم أيون إلى فئتين: بطاريات ليثيوم أيون سائلة (LIB) وبطاريات ليثيوم أيون بوليمر (LIP للاختصار).يمكن تقسيم بطاريات ليثيوم أيون البوليمر إلى بطاريات ليثيوم أيون بوليمرية صلبة وبطاريات ليثيوم أيون بوليمرية هلامية وبطاريات ليثيوم أيون مصنوعة من مواد كاثود بوليمر؛وفقًا لمواد الكاثود، يتم تقسيمه إلى كوبالت الليثيوم، ومنجنات الليثيوم، ونيكلات الليثيوم، والمواد الثلاثية، وفوسفات حديد الليثيوم، وما إلى ذلك. معظم مصادر الطاقة المتنقلة مصنوعة من منجنات الليثيوم.مثل بطاريات الهواتف المحمولة المعتادة لدينا، العديد منها مصنوع من منجنات الليثيوم وكوبالتات الليثيوم.

في الوقت الحاضر، المواد الرئيسية في سوق السيارات الكهربائية هي بطاريات الليثيوم الثلاثية (منجنات الليثيوم والكوبالت والنيكل (نيكومن) O2)، ومنجنات الليثيوم (LiMn2O4) وفوسفات حديد الليثيوم (LiFePO4).في الوقت الحاضر، فإن مواد الأنود الواعدة المستخدمة في بطاريات أيونات الليثيوم هي بشكل أساسي منجنات الليثيوم المعدلة (LiMn2O4)، وفوسفات حديد الليثيوم (LiFePO4) ومنجنات الليثيوم والكوبالت والنيكل (Li (Ni, Co, Co, Li) بوليمر ليثيوم ثلاثي من بطارية الليثيوم الثلاثية هي بطارية ليثيوم تكون مادة القطب الموجب لها هي منجنات نيكل الليثيوم وكوبالت (Li(NiCoMn)O2). المنتج الأولي لمواد القطب الموجب الثلاثي المركبة يأخذ ملح النيكل وملح الكوبالت وملح المنغنيز كمواد خام، ونسبة يمكن تعديل المنغنيز والكوبالت والنيكل وفقًا للاحتياجات الفعلية. بالمقارنة مع بطارية كوبالتات الليثيوم، تتمتع البطارية التي تحتوي على مادة ثلاثية كقطب كهربائي موجب بسلامة أعلى وقدرة وأمان متوازنين وأداء دورة أفضل من كوبالتات الليثيوم العادية في المرحلة المبكرة. لأسباب فنية، كان جهدها الاسمي 3.5-3.6 فولت فقط، مما حد من نطاق تطبيقها ولكن حتى الآن، مع التحسين المستمر للصيغة والهيكل المثالي، وصل الجهد الاسمي للبطارية إلى 3.7 فولت، وقدرتها. وصلت أو تجاوزت مستوى بطارية أكسيد الكوبالت الليثيوم.قامت شركات سانيو، وباناسونيك، وسوني، وإل جي، وسامسونج، وهي العلامات التجارية الخمس الكبرى للبطاريات في العالم، بإدخال بطاريات ثلاثية.قام عدد كبير من خطوط بطاريات الكمبيوتر المحمول باستبدال بطاريات الليثيوم كوبالتات السابقة ببطاريات ثلاثية.وفيما يتعلق ببطاريات سانيو وسامسونج العمودية، فقد توقف إنتاج بطاريات الليثيوم كوبالتات بشكل كامل وتحولت إلى بطاريات ثلاثية.في الوقت الحاضر، تستخدم معظم بطاريات الطاقة الصغيرة عالية السرعة في الداخل والخارج مواد الكاثود الثلاثي.بطارية منجنات الليثيوم هي بطارية يتكون قطبها الموجب من منجنات الليثيوم.الجهد الاسمي لبطارية منجنات الليثيوم هو 2.5 ~ 4.2 فولت فولت. تستخدم بطارية منجنات الليثيوم على نطاق واسع لتكلفتها المنخفضة وسلامتها الجيدة. 

تتميز بطارية منجنات الليثيوم بجهد اسمي 3.7 فولت، والمقاومة الداخلية للمنتج النهائي هي ≥ 200mω، وحجم المنتج بحد أقصى 19.2 * 56.5 * 69.5 مم.

مادة الكاثود ذات تكلفة منخفضة وأمان جيد وأداء منخفض في درجات الحرارة، لكن مادتها نفسها غير مستقرة وسهلة التحلل لتوليد الغاز، لذلك تستخدم في الغالب في الخلط مع مواد أخرى لتقليل تكلفة البطاريات.ومع ذلك، فإن دورة حياتها تتحلل بسرعة، وهي عرضة للانتفاخ، وأداءها في درجات الحرارة العالية ضعيف، وعمرها قصير نسبيًا.يتم استخدامه بشكل أساسي للبطاريات الكبيرة والمتوسطة الحجم وبطاريات الطاقة، ويبلغ جهده الاسمي 3.7 فولت.المشاكل الشائعة، مثل انتفاخ البطاريات وانتفاخ البطن، هي تدفق المنحل بالكهرباء.

الاسم الكامل لبطارية ليثيوم فوسفات الحديد هو بطارية ليثيوم أيون فوسفات الحديد الليثيوم، وهي طويلة جدًا.نظرًا لأن أدائها مناسب بشكل خاص لتطبيقات الطاقة، فقد تمت إضافة كلمة 'طاقة' إلى اسمها، أي بطارية طاقة فوسفات الحديد الليثيوم.يسميها بعض الأشخاص أيضًا 'بطارية طاقة ليثيوم حديد (LiFe)'.

خرج عالي الكفاءة: التفريغ القياسي هو 2 ~ 5 درجة مئوية، يمكن أن يصل التفريغ الحالي العالي المستمر إلى 10 درجة مئوية، ويمكن أن يصل تفريغ النبض الفوري (10S) إلى 2 ~ 5 درجة مئوية؛

الأداء الجيد في درجات الحرارة العالية: تصل درجة الحرارة الداخلية إلى 95 درجة مئوية عندما تكون درجة الحرارة الخارجية 65 درجة مئوية، ويمكن أن تصل درجة الحرارة إلى 160 درجة مئوية عند تفريغ البطارية، وبالتالي فإن هيكل البطارية آمن وسليم؛

حتى في حالة تلف الجزء الداخلي أو الخارجي للبطارية، فإن البطارية لا تحترق ولا تنفجر وتتمتع بأفضل السلامة؛

دورة حياة ممتازة، بعد 500 دورة، لا تزال قدرتها على التفريغ أكبر من 95%؛يجب أن يكون عمر دورة حزمة البطارية 800 ~ 2000 مرة.

الإفراط في التفريغ إلى صفر فولت غير معطوب؛

يمكن شحنها بسرعة؛

تكلفة منخفضة؛

بطارية ليثيوم فوسفات الحديد بنفس الحجم والسعة هي 1/3 من بطارية الرصاص الحمضية و1/3 من بطارية الرصاص الحمضية.

لا يوجد تلوث للبيئة.لا تحتوي البطارية على أي معادن ثقيلة ومعادن نادرة (تحتاج بطاريات Ni-MH إلى معادن نادرة)، وهي غير سامة (تم الحصول على شهادة SGS)، وخالية من التلوث، وتتوافق مع لوائح ROHS الأوروبية، وهي بطارية خضراء تمامًا.ومع ذلك، هناك كمية كبيرة من الرصاص في بطاريات الرصاص الحمضية، والتي ستظل تسبب تلوثًا ثانويًا للبيئة إذا لم يتم التخلص منها بشكل صحيح بعد التخلص منها، في حين أن مواد فوسفات الحديد الليثيوم ليس لها أي تلوث أثناء الإنتاج والاستخدام.

مقارنة بطارية الليثيوم الثلاثية وبطارية ليثيوم فوسفات الحديد

وباستخدام نفس هيكل البطارية، تم اختيار المواد الثلاثية ومواد فوسفات الحديد الليثيوم لصنع البطاريات، وتم إجراء اختبارات التفريغ والشحن والتدوير في ظل ظروف مختلفة.تتمتع المواد الثلاثية بمزايا في معدل الشحن ومعدل التفريغ وأداء التفريغ عند درجات حرارة مختلفة، بينما تتمتع مواد فوسفات حديد الليثيوم بأداء أفضل في التدوير، ولا يزال بإمكانها الحفاظ على أكثر من 80٪ من السعة الأولية بعد 5000 دورة في 1 درجة مئوية. كما تتفوق بطارية الفوسفات على المواد الثلاثية من حيث الأمان.

على سبيل المثال، تقليديا، الخلية المفردة لبطارية الليثيوم الثلاثية هي 800 مرة، وعمر دورة البطارية الجماعية هو 400-500 مرة؛أداء جيد في درجات الحرارة المنخفضة.عمر دورة خلية بطارية الليثيوم الحديد 2000 مرة، وعمر دورة بطارية المجموعة 800-1000 مرة؛تتوفر بطاريات حديد الليثيوم في 18650 أسطوانة (أسطوانية وأكبر قليلاً في الحجم من بطاريات الليثيوم الثلاثية)، وأيضًا في عبوات ناعمة.

عيوب بطارية ليثيوم فوسفات الحديد: كثافة الصنبور للقطب الموجب لبطارية ليثيوم فوسفات الحديد صغيرة، والكثافة بشكل عام حوالي 0.8 إلى 1.3.حجم كبير.

 ضعف التوصيل، وبطء معدل انتشار أيونات الليثيوم، وانخفاض القدرة المحددة الفعلية عند الشحن والتفريغ في أوقات عالية.أداء درجة الحرارة المنخفضة لبطارية فوسفات الحديد الليثيوم ضعيف.(في بيئة باردة بشكل خاص، مثل البرد في الشتاء في أوروبا، لا يمكن إطلاق الكهرباء عند درجات حرارة أعلى من -10 درجة مئوية).

تخزين وصيانة بطاريات الليثيوم

من الأفضل تفريغ بطارية الليثيوم جزئيًا بدلاً من تفريغها بالكامل، ومحاولة تجنب التفريغ الكامل المتكرر.من الأفضل فصل البطارية مباشرة بعد شحنها بالكامل.

يتم تحديد معدل تقادم بطارية الليثيوم حسب درجة الحرارة وحالة الشحن.يوضح الجدول التالي انخفاض سعة البطارية تحت معلمتين.

شحن درجة الحرارة 40% شحن 100%

       0درجة مئوية                              القدرة 98% بعد سنة واحدة القدرة 94% بعد سنة واحدة 

      25 درجة مئوية                             سعة 96% بعد سنة واحدة سعة 80% بعد سنة واحدة             

      40 درجة مئوية                             سعة 85% بعد سنة واحدة سعة 65% بعد سنة واحدة  

      60 درجة مئوية القدرة 75% بعد سنة واحدة القدرة 60% بعد ثلاثة أشهر

الصيانة: يتم تفريغ بطارية الليثيوم الثلاثية بشكل زائد، وتتلف البطارية أيضًا عندما يكون الجهد منخفضًا جدًا.وينصح بالمحافظة عليه كل ثلاثة أشهر.إذا أمكن، حاول شحن البطارية إلى 40% واحتفظ بها في مكان بارد.وبهذه الطريقة، يمكن لدائرة الحماية الخاصة بالبطارية أن تعمل خلال فترة تخزين طويلة.إذا تم وضع البطارية في درجة حرارة عالية بعد شحنها بالكامل، فسوف يتسبب ذلك في تلف كبير للبطارية.

التخزين: التخزين قصير الأمد: قم بتخزين البطارية في مكان جاف وغازي غير قابل للتآكل بدرجة حرارة ورطوبة تتراوح بين -20 درجة مئوية و35 درجة مئوية 65 20%.إذا كانت درجة الحرارة والرطوبة أعلى أو أقل من درجة الحرارة والرطوبة هذه، فسوف تصدأ الأجزاء المعدنية للبطارية أو تتسرب البطارية. 

التخزين طويل الأمد: نظرًا لأن التخزين طويل الأمد سيؤدي إلى تسريع التفريغ الذاتي وإبطال المواد الفعالة للبطارية، فيجب أن تكون درجة الحرارة والرطوبة المحيطة بين 10 درجة مئوية و30 درجة مئوية 65% 20%.وفي الوقت نفسه، من أجل الحد من التأثير السلبي للتفريغ الذاتي وتخميل المواد الفعالة الناجمة عن التخزين طويل الأجل (مثل أكثر من سنة واحدة)، يجب شحن البطارية وتفريغها مرة واحدة كل ثلاثة أشهر لاستعادة الأداء الأصلي.

الحياة: في ظل الظروف العادية، أفضل درجة حرارة خدمة لبطارية الليثيوم هي 20 إلى 25 درجة مئوية، لذلك في حالة درجة الحرارة السفلية، سيتم تقليل عمر خدمة بطارية الليثيوم بمقدار النصف.إذا كانت الحياة الطبيعية 500 دورة، فقد تكون درجة الحرارة السفلية أقل من 300 مرة فقط.إذا تجاوزت درجة الحرارة -20 درجة مئوية، فلا يجوز استخدام البطارية الثلاثية على الإطلاق.إذا تجاوزت درجة الحرارة -10 درجة مئوية، فلن يتم تحرير سعة بطارية حديد الليثيوم.