Einführung der Lithiumbatterie für Elektrofahrräder

Kurze Einführung in Lithiumbatterietypen ​

Lithium-Ionen-Batterien können in zwei Kategorien unterteilt werden: flüssige Lithium-Ionen-Batterien (LIB) und Polymer-Lithium-Ionen-Batterien (kurz LIP). Polymer-Lithium-Ionen-Batterien können in Lithium-Ionen-Batterien mit festem Polymerelektrolyt, Lithium-Ionen-Batterien mit Gel-Polymerelektrolyt und Lithium-Ionen-Batterien aus Polymerkathodenmaterialien unterteilt werden. Je nach Kathodenmaterial wird es in Lithiumkobaltat, Lithiummanganat, Lithiumnickelat, ternäre Materialien, Lithiumeisenphosphat usw. unterteilt. Die meisten mobilen Netzteile bestehen aus Lithiummanganat. Wie unsere üblichen Handy-Akkus bestehen viele von ihnen aus Lithiummanganat und Lithiumkobaltat.

Derzeit sind die Hauptmaterialien auf dem Markt für Elektrofahrzeuge ternäre Lithiumbatterien (Lithium-Nickel-Kobalt-Manganat (Nichomn) O2), Lithiummanganat (LiMn2O4) und Lithiumeisenphosphat (LiFePO4). Derzeit sind die vielversprechendsten Anodenmaterialien, die in Lithium-Ionen-Leistungsbatterien verwendet werden, hauptsächlich modifiziertes Lithiummanganat (LiMn2O4), Lithiumeisenphosphat (LiFePO4) und Lithium-Nickel-Kobaltmanganat (Li (Ni, Co, Co, Li). Das ternäre Li-Polymer einer ternären Lithiumbatterie ist eine Lithiumbatterie, deren positives Elektrodenmaterial Lithium-Nickel-Kobaltmanganat (Li(NiCoMn)O2) ist. Das Vorläuferprodukt des ternären zusammengesetzten positiven Elektrodenmaterials ist Nickel Salz, Kobaltsalz und Mangansalz als Rohstoffe und das Verhältnis von Nickel-Kobalt-Mangan können je nach tatsächlichem Bedarf angepasst werden. Die Batterie mit ternärem Material als positiver Elektrode weist eine höhere Sicherheit, ausgewogene Kapazität und Sicherheit sowie eine bessere Zyklenleistung auf als normales Lithium-Kobaltat. Aus technischen Gründen betrug die Nennspannung bisher nur 3,5 bis 3,6 V, was den Anwendungsbereich bisher jedoch einschränkte Dank der perfekten Struktur hat die Batterie eine Nennspannung von 3,7 V erreicht und ihre Kapazität hat das Niveau von Lithium-Kobaltoxid-Batterien erreicht oder überschritten. Die fünf größten Batteriemarken der Welt haben Ternärbatterien eingeführt. Eine beträchtliche Anzahl von Notebook-Batterien hat die bisherigen Lithium-Kobaltbatterien durch Ternärbatterien ersetzt. Bei den Säulenbatterien von SANYO und SAMSUNG wurde die Produktion von Lithium-Kobaltbatterien vollständig eingestellt Die meisten kleinen Hochleistungsbatterien im In- und Ausland verwenden ternäre Kathodenmaterialien. Die Nennspannung von Lithiummanganatbatterien beträgt 2,5 bis 4,2 V. Lithiummanganatbatterien werden aufgrund ihrer geringen Kosten und guten Sicherheit häufig verwendet. 

Die Lithiummanganatbatterie hat eine Nennspannung von 3,7 V, der Innenwiderstand des fertigen Produkts beträgt ≤ 200 mω und die Produktgröße beträgt maximal 19,2 * 56,5 * 69,5 mm.

Das Kathodenmaterial zeichnet sich durch niedrige Kosten, gute Sicherheit und Leistung bei niedrigen Temperaturen aus, aber sein Material selbst ist instabil und lässt sich leicht unter Bildung von Gas zersetzen. Daher wird es hauptsächlich in Mischung mit anderen Materialien verwendet, um die Kosten für Batterien zu senken. Allerdings nimmt seine Lebensdauer schnell ab, es neigt zur Ausbeulung, seine Hochtemperaturleistung ist schlecht und seine Lebensdauer ist relativ kurz. Es wird hauptsächlich für große und mittelgroße Batterien und Leistungsbatterien verwendet und seine Nennspannung beträgt 3,7 V. Häufige Probleme wie prall gefüllte Batterien und Blähungen sind das Ausfließen von Elektrolyt.

Der vollständige Name der Lithium-Eisenphosphat-Batterie lautet Lithium-Eisenphosphat-Lithium-Ionen-Batterie, was zu lang ist. Da seine Leistung besonders für Stromanwendungen geeignet ist, wird seinem Namen das Wort „Power“ hinzugefügt, nämlich Lithium-Eisenphosphat-Leistungsbatterie. Manche Leute nennen es auch „Lithium-Eisen (LiFe)-Power-Batterie“.

Hocheffizienter Ausgang: Die Standardentladung beträgt 2 bis 5 °C, die kontinuierliche Hochstromentladung kann 10 °C erreichen und die sofortige Impulsentladung (10 s) kann 2 bis 5 °C erreichen.

Gute Leistung bei hohen Temperaturen: Die Innentemperatur beträgt bis zu 95 °C, wenn die Außentemperatur 65 °C beträgt, und die Temperatur kann 160 °C erreichen, wenn die Batterie entladen ist, sodass die Struktur der Batterie sicher und intakt ist;

Selbst wenn die Batterie innen oder außen beschädigt ist, brennt die Batterie nicht, explodiert nicht und bietet die beste Sicherheit;

Ausgezeichnete Zyklenlebensdauer, nach 500 Zyklen beträgt die Entladekapazität immer noch mehr als 95 %; Die Zyklenlebensdauer des Akkus sollte 800 bis 2000 Mal betragen.

Eine Tiefentladung auf Null Volt schadet nicht;

Kann schnell aufgeladen werden;

Niedrige Kosten;

Die Lithium-Eisenphosphat-Batterie hat bei gleicher Größe und Kapazität 1/3 der Leistung einer Blei-Säure-Batterie und 1/3 der Leistung einer Blei-Säure-Batterie.

Es entsteht keine Umweltverschmutzung. Der Akku enthält keine Schwermetalle und seltenen Metalle (Ni-MH-Akkus benötigen seltene Metalle), ist ungiftig (SGS-Zertifizierung bestanden), ist schadstofffrei, entspricht den europäischen ROHS-Vorschriften und ist ein absolut umweltfreundlicher Akku. Allerdings ist in Blei-Säure-Batterien eine große Menge Blei enthalten, das bei unsachgemäßer Entsorgung nach der Entsorgung immer noch zu einer Sekundärverschmutzung der Umwelt führt, während Lithium-Eisenphosphat-Materialien bei der Herstellung und Verwendung keine Umweltverschmutzung verursachen.

Vergleich einer ternären Lithiumbatterie und einer Lithium-Eisenphosphat-Batterie

Unter Verwendung der gleichen Batteriestruktur wurden ternäre Materialien und Lithium-Eisenphosphat-Materialien zur Herstellung von Batterien ausgewählt und die Entlade-, Lade- und Zyklentests wurden unter verschiedenen Bedingungen durchgeführt. Ternäre Materialien haben Vorteile bei Laderate, Entladerate und Entladeleistung bei unterschiedlichen Temperaturen, während Lithiumeisenphosphatmaterialien eine bessere Zyklenleistung aufweisen und nach 5.000 Zyklen bei 1 °C immer noch mehr als 80 % der ursprünglichen Kapazität beibehalten können. Lithiumeisenphosphatbatterien sind ternären Materialien auch in puncto Sicherheit überlegen.

Herkömmlich beträgt beispielsweise die Lebensdauer einer einzelnen Zelle einer ternären Lithiumbatterie das 800-fache und die Zyklenlebensdauer einer Gruppenbatterie das 400- bis 500-fache. Gute Leistung bei niedrigen Temperaturen. Die Lebensdauer einer Lithium-Eisen-Batteriezelle beträgt das 2000-fache und die Lebensdauer einer Gruppenbatterie beträgt das 800- bis 1000-fache. Lithium-Eisen-Batterien sind in 18650-Zylindern (zylindrisch und etwas größer als ternäre Lithiumbatterien) und auch in weichen Verpackungen erhältlich.

Nachteile von Lithium-Eisenphosphat-Batterien: Die Klopfdichte der positiven Elektrode von Lithium-Eisenphosphat-Batterien ist gering und die Dichte beträgt im Allgemeinen etwa 0,8 bis 1,3. Großes Volumen.

 Schlechte Leitfähigkeit, langsame Diffusionsrate von Lithiumionen und niedrige tatsächliche spezifische Kapazität bei langen Lade- und Entladezeiten. Die Leistung der Lithium-Eisenphosphat-Batterie bei niedrigen Temperaturen ist schlecht. (In einer besonders kalten Umgebung, wie z. B. der Kälte im Winter in Europa, kann bei Temperaturen über -10℃ kein Strom abgegeben werden).

Lagerung und Wartung von Lithiumbatterien

Es ist besser, den Lithium-Akku teilweise als vollständig zu entladen und eine häufige vollständige Entladung zu vermeiden. Am besten trennen Sie den Akku sofort, nachdem er vollständig aufgeladen ist.

Die Alterungsrate von Lithiumbatterien wird durch Temperatur und Ladezustand bestimmt. Die folgende Tabelle veranschaulicht die Reduzierung der Batteriekapazität unter zwei Parametern.

Temperatur Laden 40 % Laden 100 %

       0°C                              98 % Kapazität nach einem Jahr 94 % Kapazität nach einem Jahr 

      25°C                             96 % Kapazität nach einem Jahr 80 % Kapazität nach einem Jahr             

      40°C                             85 % Kapazität nach einem Jahr 65 % Kapazität nach einem Jahr  

      60°C 75 % Kapazität nach einem Jahr 60 % Kapazität nach drei Monaten

Wartung: Die ternäre Lithiumbatterie ist tiefentladen und die Batterie wird auch beschädigt, wenn die Spannung zu niedrig ist. Es wird empfohlen, die Pflege alle drei Monate durchzuführen. Versuchen Sie nach Möglichkeit, den Akku auf 40 % aufzuladen und bewahren Sie ihn an einem kühlen Ort auf. Auf diese Weise kann die batterieeigene Schutzschaltung auch bei längerer Lagerung wirksam werden. Wenn der Akku nach dem vollständigen Aufladen einer hohen Temperatur ausgesetzt wird, kann dies zu großen Schäden am Akku führen.

Lagerung: Kurzfristige Lagerung: Lagern Sie die Batterie an einem trockenen Ort mit nicht korrodierendem Gas und einer Temperatur und Luftfeuchtigkeit zwischen -20 °C und 35 °C (65–20 %). Wenn die Temperatur und die Luftfeuchtigkeit höher oder niedriger als diese Temperatur und Luftfeuchtigkeit sind, rosten die Metallteile der Batterie oder die Batterie läuft aus. 

Langzeitlagerung: Da eine Langzeitlagerung die Selbstentladung und Passivierung aktiver Substanzen der Batterie beschleunigt, sollten die Umgebungstemperatur und die Luftfeuchtigkeit zwischen 10 °C und 30 °C (65–20 %) liegen. Um gleichzeitig die negativen Auswirkungen der Selbstentladung und Passivierung aktiver Substanzen durch Langzeitlagerung (z. B. mehr als ein Jahr) zu reduzieren, sollte die Batterie alle drei Monate geladen und entladen werden, um ihre ursprüngliche Leistung wiederherzustellen.

Lebensdauer: Unter normalen Umständen beträgt die beste Betriebstemperatur einer Lithiumbatterie 20 bis 25 °C. Unter der Bedingung, dass die Bodentemperatur herrscht, verkürzt sich die Lebensdauer der Lithiumbatterie um die Hälfte. Wenn die normale Lebensdauer 500 Zyklen beträgt, darf die Bodentemperatur nur weniger als das 300-fache betragen. Wenn die Temperatur -20℃ überschreitet, darf die Ternärbatterie überhaupt nicht verwendet werden. Wenn die Temperatur -10℃ übersteigt, wird die Kapazität der Lithium-Eisen-Batterie nicht freigegeben.