— ตั้งแต่การออกแบบเซลล์ไปจนถึงการจัดการระบบ | ภาพรวมทางเทคนิคของ EverExceed

วงจรชีวิตของ แบตเตอรี่ลิเธียมไอออน ถูกกำหนดโดยการรวมกันของ ปัจจัยภายในเซลล์ - เงื่อนไขการทำงานภายนอก , และ การจัดการระดับระบบ ในบรรดาปัจจัยเหล่านี้ การออกแบบเซลล์และคุณภาพการผลิตถือเป็นรากฐาน ในขณะที่ความเครียดจากการใช้งานและกลยุทธ์การจัดการแบตเตอรี่ส่งผลโดยตรงต่อประสิทธิภาพในระยะยาว

ด้วยประสบการณ์หลายทศวรรษใน แบตเตอรี่ลิเธียมอุตสาหกรรม - ระบบกักเก็บพลังงาน (ESS) , และ โซลูชันแบตเตอรี่ลิเธียม UPS - เอเวอร์เอ็กซ์ซีด นำวัสดุขั้นสูง กระบวนการผลิตที่แม่นยำ และเทคโนโลยีการจัดการแบตเตอรี่และความร้อนอัจฉริยะมาใช้ เพื่อเพิ่มอายุการใช้งานและความน่าเชื่อถือของแบตเตอรี่ให้สูงสุด

1. ปัจจัยภายในของเซลล์ (การออกแบบและการผลิต)

ปัจจัยเหล่านี้เป็นตัวกำหนดอายุการใช้งานพื้นฐานของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน และถูกกำหนดโดยการเลือกใช้วัสดุและกระบวนการผลิต

1. วัสดุแคโทด

• ความบริสุทธิ์ของวัสดุและโครงสร้างผลึก
  สิ่งเจือปนสามารถกระตุ้นปฏิกิริยาข้างเคียงที่ไม่พึงประสงค์และทำลายโครงสร้างผลึกได้ จึงทำให้ได้โครงสร้างที่สมบูรณ์และเสถียร โครงสร้างผลึกแบบโอลิวีน (เช่น LiFePO₄) เป็นรากฐานของอายุการใช้งานที่ยาวนาน

• ขนาดและการกระจายตัวของอนุภาค
  แม้ว่าอนุภาคขนาดนาโนจะช่วยเพิ่มประสิทธิภาพด้านอัตราการเกิดปฏิกิริยาได้ แต่ก็ทำให้พื้นที่ผิวจำเพาะเพิ่มขึ้นอย่างมากและเร่งปฏิกิริยาข้างเคียง อนุภาคขนาดไมครอนที่มีการกระจายขนาดอนุภาคที่เหมาะสมจะให้ความสมดุลที่ดีกว่าระหว่างประสิทธิภาพและอายุการใช้งาน

• การเคลือบและการเติมคาร์บอน
  การเคลือบด้วยคาร์บอนคุณภาพสูงช่วยเพิ่มการนำไฟฟ้าและลดการเกิดโพลาไรเซชัน ในขณะที่การเติมธาตุในปริมาณที่เหมาะสมจะช่วยรักษาเสถียรภาพของโครงสร้างผลึกและปรับปรุงความสามารถในการแพร่กระจายของลิเธียมไอออน

EverExceed คัดเลือก วัสดุแคโทดที่มีความบริสุทธิ์สูงและการออกแบบอนุภาคที่เหมาะสมที่สุด เพื่อให้มั่นใจได้ถึงเสถียรภาพโครงสร้างที่ยอดเยี่ยมและประสิทธิภาพการใช้งานในระยะยาว

2. วัสดุแอโนด

• ประเภทและสัณฐานวิทยาของกราไฟต์
  โดยทั่วไปแล้ว กราไฟต์สังเคราะห์จะมีอายุการใช้งานที่ดีกว่ากราไฟต์ธรรมชาติ การจัดเรียงตัวของอนุภาคกราไฟต์และความพรุนมีผลอย่างมากต่อเสถียรภาพของชั้น SEI และความสามารถในการย้อนกลับของการแทรกตัวและการคายตัวของลิเธียมไอออน

• การออกแบบความจุเกินของขั้วแอโนด
  โดยทั่วไปแล้ว ขั้วบวกจะถูกออกแบบให้มีความจุสูงกว่าขั้วลบเล็กน้อย เพื่อป้องกันการสะสมของลิเธียมในระหว่างการชาร์จไฟเกิน ซึ่งจะช่วยเพิ่มทั้งความปลอดภัยและอายุการใช้งานของแบตเตอรี่

3. อิเล็กโทรไลต์

• ส่วนประกอบและสูตร
  การเลือกใช้เกลือลิเธียม (เช่น LiPF₆), ตัวทำละลาย (EC, DMC เป็นต้น) และสารเติมแต่งที่มีคุณสมบัติเฉพาะนั้นมีความสำคัญอย่างยิ่ง สารเติมแต่งเช่น เอฟอีซีและวีซี ช่วยสร้างชั้น SEI ที่เสถียรและหนาแน่นยิ่งขึ้นบนขั้วบวก ลดการสิ้นเปลืองลิเธียมและอิเล็กโทรไลต์อย่างต่อเนื่อง

• การควบคุมความชื้นและความเป็นกรด
  แม้น้ำเพียงเล็กน้อยก็สามารถทำปฏิกิริยากับส่วนประกอบของอิเล็กโทรไลต์เพื่อสร้าง HF ซึ่งจะกัดกร่อนวัสดุอิเล็กโทรดและทำให้อายุการใช้งานของแบตเตอรี่สั้นลงอย่างมาก

บริษัท EverExceed จ้างพนักงาน มีการควบคุมความบริสุทธิ์ของอิเล็กโทรไลต์อย่างเข้มงวด เพื่อให้มั่นใจถึงเสถียรภาพทางเคมีไฟฟ้าในระยะยาว

4. ตัวคั่น

• ความแข็งแรงเชิงกลและความเสถียรทางความร้อน
  แผ่นกั้นต้องทนต่อการแทรกซึมของเดนไดรต์เพื่อป้องกันการลัดวงจรภายใน ฟังก์ชันการปิดระบบด้วยความร้อน (การปิดรูพรุน) ที่ออกแบบมาอย่างดีสามารถหยุดปฏิกิริยาภายใต้สภาวะอุณหภูมิสูงผิดปกติได้

• ความพรุนและความสามารถในการเปียก
  พารามิเตอร์เหล่านี้ส่งผลโดยตรงต่อค่าการนำไฟฟ้าของไอออนและความสม่ำเสมอของการกระจายกระแสไฟฟ้าภายในเซลล์

5. กระบวนการผลิต

• ความสม่ำเสมอของการเคลือบอิเล็กโทรด
  การเคลือบที่ไม่สม่ำเสมออาจทำให้เกิดการประจุไฟเกินหรือการคายประจุไฟเกินเฉพาะจุดได้

• การรีด (ความหนาแน่นของการอัด)
  การอัดแน่นมากเกินไปอาจทำให้โครงสร้างของวัสดุเสียหายและลดความสามารถในการเปียกของอิเล็กโทรไลต์ ในขณะที่การอัดแน่นไม่เพียงพอจะส่งผลต่อความหนาแน่นของพลังงานและเครือข่ายนำไฟฟ้า

• การควบคุมความชื้น การควบคุมครีบ และความสะอาด
  แม้แต่ข้อบกพร่องเล็กน้อยจากการผลิตก็สามารถขยายใหญ่ขึ้นได้เมื่อใช้งานเป็นเวลานาน

• กระบวนการก่อตัว
  คุณภาพของชั้น SEI ที่เกิดขึ้นระหว่างรอบการชาร์จและการคายประจุครั้งแรกจะเป็นตัวกำหนดความเสถียรในการใช้งานในระยะยาวโดยตรง

EverExceed ดำเนินการ มาตรฐานการผลิตที่ได้รับการรับรองจาก ISO และกระบวนการสร้างเซลล์ขั้นสูงเพื่อให้มั่นใจได้ถึงคุณภาพเซลล์ที่สม่ำเสมอ

II. สภาวะการทำงานภายนอก (ปัจจัยความเครียด)

นี่คือปัจจัยที่มีผลต่ออายุการใช้งานของแบตเตอรี่ลิเธียมโดยตรงและสามารถควบคุมได้มากที่สุด

1. กลยุทธ์การชาร์จและการคายประจุ

• อัตราการชาร์จ/คายประจุ (อัตรา C)
  การใช้งานที่อัตรา C สูงจะเพิ่มการเกิดโพลาไรเซชัน การสร้างความร้อน และความเครียดทางกลต่อวัสดุอิเล็กโทรด ซึ่งเร่งการเสื่อมสภาพของความจุ การชาร์จเร็วเป็นหนึ่งในสาเหตุหลักที่ทำให้ลดอายุการใช้งานของแบตเตอรี่

• ความลึกของการปล่อย (DOD)
  การคายประจุลึกจะทำให้วัสดุอิเล็กโทรดขยายตัวและหดตัวมากขึ้น การชาร์จและคายประจุตื้น (เช่น 30%–80% SOC) สามารถยืดอายุการใช้งานของแบตเตอรี่ได้อย่างมีนัยสำคัญ

• แรงดันตัดการชาร์จและการคายประจุ
  แรงดันไฟฟ้าในการชาร์จที่สูงเกินไป (เช่น >3.65 V ต่อเซลล์) จะเร่งการเกิดออกซิเดชันของอิเล็กโทรไลต์และการเสื่อมสภาพของแคโทด ในขณะที่แรงดันไฟฟ้าในการคายประจุที่ต่ำเกินไปอาจนำไปสู่การสลายตัวของ SEI และการละลายของตัวเก็บประจุไฟฟ้าทองแดง

2. อุณหภูมิ

• อุณหภูมิสูง (>35 °C)
  เร่งปฏิกิริยาข้างเคียงทั้งหมด รวมถึงการสลายตัวของอิเล็กโทรไลต์ การหนาตัวของ SEI และการละลายของโลหะแคโทด ซึ่งนำไปสู่ความต้านทานภายในที่เพิ่มขึ้นและการสูญเสียลิเธียมที่ใช้งานได้

• การชาร์จที่อุณหภูมิต่ำ (<0 °C)
  การแพร่กระจายของลิเธียมไอออนที่ช้าลงในอุณหภูมิต่ำอาจทำให้เกิดการสะสมของลิเธียมบนพื้นผิวขั้วบวก ส่งผลให้เกิดการก่อตัวของเดนไดรต์ลิเธียมและก่อให้เกิดความเสี่ยงด้านความปลอดภัยอย่างร้ายแรง

• ความสม่ำเสมอของอุณหภูมิ
  ความแตกต่างของอุณหภูมิระหว่างเซลล์ภายในชุดแบตเตอรี่ส่งผลให้ประสิทธิภาพไม่สมดุลและเสื่อมสภาพเร็วขึ้นโดยรวม

3. สภาวะการจัดเก็บ

• การจัดเก็บระยะยาวที่อุณหภูมิสูงโดยมีสถานะประจุเต็มหรือว่างเปล่า
  ทั้งสองสภาวะนี้เร่งกระบวนการเสื่อมสภาพอย่างมาก สำหรับการเก็บรักษาในระยะยาว ควรใช้ ระดับ SOC ประมาณ 50% ที่อุณหภูมิต่ำ แนะนำ.

III. ปัจจัยการจัดการระดับระบบ

สำหรับชุดแบตเตอรี่ที่ประกอบด้วยเซลล์หลายเซลล์ต่อกันแบบอนุกรมและขนาน การจัดการระบบมีบทบาทสำคัญอย่างยิ่ง

1. ระบบจัดการแบตเตอรี่ (BMS)

• การปรับสมดุลเซลล์
  เนื่องจากความแปรผันในกระบวนการผลิตที่ไม่สามารถหลีกเลี่ยงได้ เซลล์แต่ละเซลล์จึงมีความแตกต่างกันเล็กน้อยในด้านความจุและความต้านทานภายใน การปรับสมดุลแบบพาสซีฟหรือแอคทีฟจะช่วยลดความคลาดเคลื่อนของสถานะการชาร์จ (SOC) ระหว่างเซลล์ และป้องกันไม่ให้เซลล์แต่ละเซลล์ทำงานภายใต้สภาวะการชาร์จเกินหรือการคายประจุเกิน

• การตรวจสอบแรงดัน กระแส และอุณหภูมิอย่างแม่นยำ
  ป้องกันการชาร์จเกิน การคายประจุเกิน กระแสไฟเกิน และความร้อนสูงเกินไป

• การประมาณค่า SOC ที่มีความแม่นยำสูง
  การประมาณค่าสถานะการชาร์จ (SOC) ที่แม่นยำ ซึ่งเป็นการผสมผสานระหว่างการนับประจุและการแก้ไขตามแบบจำลอง เป็นสิ่งสำคัญสำหรับการนำกลยุทธ์การชาร์จและการคายประจุที่เหมาะสมที่สุดมาใช้

EverExceed ผสานรวม โซลูชัน BMS อัจฉริยะ ครอบคลุมระบบแบตเตอรี่ลิเธียมและระบบจัดเก็บพลังงานทั้งหมด เพื่อให้มั่นใจในความปลอดภัยและความน่าเชื่อถือในระยะยาว

2. ระบบจัดการความร้อน

• โซลูชันการระบายความร้อนที่มีประสิทธิภาพ
  การระบายความร้อนด้วยอากาศ การระบายความร้อนด้วยของเหลว หรือวัสดุเปลี่ยนสถานะ ช่วยรักษาการทำงานของแบตเตอรี่ให้อยู่ในช่วงอุณหภูมิที่เหมาะสม (โดยทั่วไปคือ 20–30 °C) และรับประกันความสม่ำเสมอของอุณหภูมิทั่วทั้งโมดูล ซึ่งทั้งสองอย่างนี้มีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการยืดอายุการใช้งานของแบตเตอรี่

EverExceed นำเสนอ โซลูชันการจัดการความร้อนแบบกำหนดเอง สำหรับศูนย์ข้อมูล ระบบสำรองไฟ (UPS) และแอปพลิเคชันระบบจัดเก็บพลังงานขนาดใหญ่ (ESS)

สรุปและข้อเสนอแนะเชิงปฏิบัติ

หลักการสำคัญ

สาระสำคัญของการเสื่อมสภาพของอายุการใช้งานแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนนั้นอยู่ที่... การสูญเสียไอออนลิเธียมที่ใช้งานได้และโครงสร้างอิเล็กโทรดที่ไม่สามารถย้อนกลับได้ ภายใต้สภาวะความเครียดทางไฟฟ้าเคมีและทางกลร่วมกัน ปัจจัยที่มีอิทธิพลทั้งหมดล้วนเกี่ยวข้องกับกลไกพื้นฐานนี้

เคล็ดลับใช้งานได้จริงเพื่อยืดอายุการใช้งานแบตเตอรี่

• หลีกเลี่ยงอุณหภูมิที่สูงหรือต่ำเกินไป โดยเฉพาะอย่างยิ่งการใช้งานที่อุณหภูมิสูงและการชาร์จที่อุณหภูมิต่ำ

• ควรหลีกเลี่ยงการชาร์จเต็มหรือการคายประจุจนหมดเป็นเวลานาน

• ตั้งค่าขีดจำกัดการชาร์จรายวันไว้ที่ 90%–95% เมื่อไม่จำเป็นต้องชาร์จเต็มความจุ

• ลดความถี่ในการชาร์จเร็วทุกครั้งที่เป็นไปได้

• หลีกเลี่ยงการปล่อยประจุจนหมด ควรชาร์จไฟอย่างสม่ำเสมอ

• สำหรับการเก็บรักษาในระยะยาว ควรคงระดับประจุแบตเตอรี่ไว้ที่ประมาณ 50% ในสภาพแวดล้อมที่เย็นและแห้ง