鋰離子電池作為現代能源儲存的關鍵技術,其內部機制與性能參數一直是行業內外關注的焦點。首先,從電壓的角度來看,開路電壓(OCV)能夠反映出電池的剩余電量狀態,而工作電壓(WV)則會因內阻的存在而略低于OCV。電池的充放電邊界則由放電截止電壓(DCV)和充電限制電壓(LCV)來界定。
在容量方面,電池的容量大小主要取決于其內部的活性物質。容量通常以安時(Ah)為單位,分為理論容量、額定容量和實際容量三種。而能量(Wh)則是電壓與容量的乘積,能量密度(Wh/kg)作為衡量電池性能的重要指標,目前鋰離子電池的能量密度已達到130-150Wh/kg的水平。
性能參數方面,內阻是影響電池能量損耗的關鍵因素之一。充電率(C-rate)則用來描述電池的充電電流大小。至于循環壽命,它指的是電池在容量降至初始容量的80%時,所能承受的充放電循環次數,對于鋰離子電池而言,這一數值通常在3000-5000次之間。
鋰離子電池的技術體系與結構同樣值得深入探討。按正極材料的不同,鋰離子電池可以分為鈷酸鋰、三元鋰等多種類型;按外形則可分為方形和圓柱形。電解液方面,既有液態電解液,也有聚合物電解液。電池的正極主要由鋰化合物構成,負極則是鋰-碳化合物,而電解質則是一種含有鋰鹽的有機溶液。
在電池的工作原理上,充電時鋰離子(Li?)會從正極移動到負極并嵌入其中;放電時,Li?則會從負極脫出并移向正極,這一過程通過正負極的化學反應來實現能量的轉化。
從結構上看,鋰離子電池主要由正負極(包含活性物質、導電劑等)、電解質、隔膜以及外殼五金件等部分組成。
在電池包(PACK)的設計方面,系統構成較為復雜,包括模組、電池管理系統(BMS)、高壓箱以及熱控制系統等。其中,BMS負責監控電池的狀態并進行均衡管理,而熱管理系統則通過風冷或水冷的方式確保電池包內溫度的一致性。
在串并聯設計上,串聯可以提升電壓但容量不變,并聯則可以增加容量但電壓保持不變。復聯設計則結合了串聯和并聯的優點,但也需要確保電芯之間的一致性。
關鍵工藝方面,電芯之間通過匯流排進行連接,連接方式包括內阻焊、激光焊等。BMS負責采集電壓、溫度等數據,而鈑金件則起到固定和保護的作用,在設計時需要考慮到輕量化。
從行業需求與技術趨勢來看,提升能量密度以增加續航能力是當前的主要性能需求。業內目標是將能量密度提升至100kWh,從而實現400-600km的續航里程。同時,快充技術也在不斷發展,目標是在15分鐘內將電量充至80%,充電功率達到350-500kW。
在技術創新方面,去模組化、PACK與車身一體化設計等技術正在被廣泛應用,以減輕電池包的重量。新材料如碳纖維復合材料的應用也在降低殼體的重量。800V高壓平臺的引入則進一步提升了充電效率。
在安全與經濟性方面,通過三級安全防護(電化學、機械、電氣)來保障電池的安全。BMS能夠精準估算電池的剩余電量(SOC),而電池的梯次利用則提升了經濟性。為了降低全生命周期成本,業內也在不斷探索優化方案。
在測試與驗證體系方面,性能測試涵蓋了容量、壽命、功率等多個方面,以確保電池在不同工況下的表現。安全驗證則包括短路、過充、擠壓等試驗,以驗證電池的機械、熱、電氣安全設計。系統集成方面,則需要進行EMC測試以及整車適應性驗證,以確保電池系統與車輛的兼容性。