วงจรชีวิตคืออะไร?

อายุการใช้งานของวงจรคือจำนวนรอบการชาร์จ-ที่แบตเตอรี่ต้องใช้ก่อนที่จะลดลงถึงระดับความจุที่กำหนดไว้ล่วงหน้า โดยปกติแล้วจะอยู่ที่ 80% แม้ว่าฉันเคยเห็นสเปกมาแล้วทั่วทุกแห่งแล้ว 70% สำหรับการใช้งานในยานยนต์บางประเภท และ 85% สำหรับการใช้งานอื่นๆ เกณฑ์ดังกล่าวเป็นไปตามอำเภอใจและเกี่ยวข้องกับการคำนวณการรับประกันมากกว่าคุณสมบัติพื้นฐานของคุณสมบัติทางเคมีของแบตเตอรี่

ชั้น SEI บนกราไฟท์แอโนดน่าจะเป็นกลไกการย่อยสลายที่มีการศึกษามากที่สุดในแบตเตอรี่ลิเธียม-ไอออน เมื่อคุณชาร์จเซลล์ครั้งแรก อิเล็กโทรไลต์จะสลายตัวที่พื้นผิวขั้วบวกและก่อตัวเป็นฟิล์มแข็งนี้-ซึ่งส่วนใหญ่เป็นลิเธียมคาร์บอเนต หรือลิเธียมฟลูออไรด์บางส่วนหากคุณใช้เกลือ LiPF6 ซึ่งเป็นสารอินทรีย์สายพันธุ์ต่างๆ เลเยอร์นี้ควรจะคงตัวหลังจากผ่านไป 2-3 รอบ มันไม่ได้ มันเติบโตเรื่อยๆ กินลิเธียมที่ควรจะเป็นแบบปั่นจักรยาน ฉันเคยทำงานในโครงการเมื่อไม่กี่ปีก่อนโดยพยายามทำให้ SEI คงที่ด้วยสารเติมแต่งอิเล็กโทรไลต์ FEC (ฟลูออโรเอทิลีนคาร์บอเนต) ช่วย VC (ไวนิลคาร์บอเนต) ช่วยได้มากกว่า ไม่มีใครสามารถแก้ปัญหาได้อย่างสมบูรณ์

แคโทดนิกเกิลสูง-แตก NMC811 ซึ่งเป็นนิกเกิล 80% แมงกานีส 10% โคบอลต์ 10% มีการเปลี่ยนแปลงปริมาตรมหาศาลในระหว่างการปั่นจักรยาน-มากกว่าองค์ประกอบ NMC111 หรือ NMC523 แบบเก่ามาก อนุภาคแตกออกจากกันอย่างแท้จริง คุณสามารถดูได้ภายใต้ SEM หลังจากผ่านไปสองสามร้อยรอบ CATL ค้นพบเมื่อประมาณปี 2019 ว่าหากคุณสังเคราะห์อนุภาคผลึกเดี่ยว-แทนการรวมตัวของผลึกโพลีคริสตัลไลน์ที่ทุกคนสร้างขึ้น คุณจะกำจัดการแตกร้าวส่วนใหญ่ได้เนื่องจากไม่มีขอบเขตของเกรน ฟังดูชัดเจนแล้ว แต่การได้รับพารามิเตอร์การสังเคราะห์ที่เหมาะสมในขนาดที่ต้องใช้เวลาหลายปี ฉันคิดว่า BYD กำลังทำอะไรบางอย่างที่คล้ายกับแบตเตอรี่ Blade ของพวกเขา แต่พวกเขาไม่ได้เผยแพร่เกี่ยวกับการประมวลผลแคโทดมากนัก

อุณหภูมิมีความสำคัญมากกว่าสิ่งอื่นใดโดยสุจริต ทุกๆ 10 องศาที่เพิ่มขึ้น คุณจะเพิ่มอัตราการสูงวัยเป็นสองเท่าโดยประมาณ นี่ไม่ใช่-กลไกที่แตกต่างกัน แต่มีพลังงานกระตุ้นที่แตกต่างกัน-แต่ก็ใกล้เคียงเพียงพอสำหรับการประมาณการทางวิศวกรรม กระเป๋าที่ทำงานที่อุณหภูมิเฉลี่ย 35 องศาจะมีอายุการใช้งานนานกว่ากระเป๋าที่อุณหภูมิ 45 องศา Tesla เรียนรู้สิ่งนี้ตั้งแต่เนิ่นๆ ด้วย Roadster รถยนต์รุ่นหลังๆ ของพวกเขามีการจัดการระบายความร้อนที่ค่อนข้างเข้มงวด โดยพวกเขาจะระบายความร้อนแม้ในขณะที่จอดอยู่หากกระเป๋าร้อนเกินไป

หนาวก็แปลกๆ เคมีในการย่อยสลายช้าลงซึ่งเป็นสิ่งที่ดี แต่คุณจะได้รับความต้านทานที่สูงกว่ามาก และถ้าคุณพยายามชาร์จเร็วเกินไป คุณจะเพลตลิเธียมบนขั้วบวก ซึ่งแย่มาก การสะสมของลิเธียมเป็นการสูญเสียกำลังการผลิตที่ไม่สามารถย้อนกลับได้ และหากพวกมันเติบโตเป็นเดนไดรต์ คุณก็อาจได้รับชอร์ตภายในได้ EV ส่วนใหญ่จะไม่ยอมให้คุณชาร์จ DC อย่างรวดเร็วต่ำกว่า 0 องศาด้วยเหตุผลนี้

cycle life

มีผลที่รู้จักกันดี-เมื่อการปั่นจักรยานแบบตื้นช่วยยืดอายุขัย หากคุณใช้ความจุของแบตเตอรี่เพียง 40% แทนที่จะเป็น 100% คุณอาจมีอายุการใช้งานเพิ่มขึ้นสามเท่า อาจจะมากกว่านั้น กลไกยังไม่ชัดเจนนัก การเปลี่ยนแปลงปริมาตรที่น้อยลงในอิเล็กโทรดอาจช่วยได้ การหลีกเลี่ยงศักยภาพของอิเล็กโทรดที่รุนแรงซึ่งปฏิกิริยาข้างเคียงเร่งขึ้นจะช่วยได้อย่างแน่นอน แต่ไม่มีใครสามารถตอกย้ำการมีส่วนร่วมของแต่ละปัจจัยได้แน่ชัด

EV ทุกคันจะซ่อนความสามารถบางอย่างไว้จากคุณ เมื่อแดชบอร์ดของคุณระบุว่า 0% คุณอาจอยู่ที่ SOC จริง 5% เมื่อมันบอกว่า 100% คุณจะอยู่ที่ 95% หรืออาจจะ 90% ผู้ผลิตไม่เผยแพร่ตัวเลขเหล่านี้ ฉันพยายามย้อนกลับ-วิศวกรรมกับ Bolt ตัวเก่าของฉันโดยดูข้อมูล BMS บน CAN บัส แต่ตารางการสอบเทียบได้รับการเข้ารหัสไว้

ไม่มีใครอยากรอ 3-4 ปีเพื่อตรวจสอบการออกแบบแบตเตอรี่ ดังนั้นเราจึงเร่งการทดสอบโดยให้อุณหภูมิสูงขึ้น อัตราการปั่นจักรยานเร็วขึ้น ปัญหาก็คือกลไกการย่อยสลายบางกลไกไม่เร่งเหมือนกันทั้งหมด บางคนทำบางคนไม่ได้ การเร่งอุณหภูมิทำงานได้ค่อนข้างดีสำหรับกระบวนการทางเคมีส่วนใหญ่ การเร่งความเร็วยังไม่ชัดเจน และมีโหมดความล้มเหลวหลายโหมดที่จะปรากฏขึ้นหลังจากขยายเวลาปฏิทินออกไปแล้ว ซึ่งคุณไม่สามารถเร่งความเร็วได้เลย

สิ่งทำนาย ML ล่าสุดนั้นน่าสนใจ คุณป้อนข้อมูลรอบแรกลงในแบบจำลอง และคาดการณ์ว่ากำลังการผลิตในระยะยาว-จะลดลง Stanford ตีพิมพ์ผลงานบางส่วนเกี่ยวกับเรื่องนี้ในปี 2019 Carnegie Mellon ได้ทำสิ่งที่คล้ายกัน มันทำงานได้ดีอย่างน่าประหลาดใจกับเซลล์ที่พวกเขาฝึก ลักษณะทั่วไปคือปัญหา เปลี่ยนองค์ประกอบแคโทดหรือสูตรอิเล็กโทรไลต์ และคุณจำเป็นต้องฝึกสอนใหม่ด้วยข้อมูลใหม่ ซึ่งถือเป็นการเอาชนะวัตถุประสงค์หากคุณพยายามคาดการณ์อายุการใช้งานของการออกแบบใหม่

cycle life

LFP มีวงจรชีวิตที่ดีกว่า NMC ในช่วงเวลาหนึ่ง คุณสามารถรับ 3000-5000 รอบได้ง่ายๆ บางครั้งก็อาจมากกว่านั้น การลงโทษความหนาแน่นของพลังงานนั้นโหดร้าย แต่-คุณจะยอมแพ้ถึง 30-40% เมื่อเทียบกับ NMC ที่มีนิกเกิลสูง ผู้ผลิตในจีนตัดสินใจว่าการแลกเปลี่ยนนี้สมเหตุสมผลกับรถยนต์ไฟฟ้าราคาถูก ซึ่งผู้คนไม่ต้องการระยะทาง 300+ ไมล์ BYD, CATL ทุกคนที่นั่นทำ LFP สำหรับรถช่วงมาตรฐาน OEM ของชาติตะวันตกจะนำไปใช้ได้ช้ากว่า ความแตกต่างทางวัฒนธรรมหรือความแตกต่างทางการตลาดหรือทั้งสองอย่างฉันไม่แน่ใจ

โซเดียม-ไอออนควรจะมีวงจรชีวิตใกล้เคียงกับ LFP โดยอิงจากสิ่งที่ CATL และ Natron อ้าง แต่มีการผลิตมาประมาณหนึ่งปีเท่านั้น ดังนั้นใครจะรู้ว่าจะเกิดอะไรขึ้นหลังจาก 5+ ปีในภาคสนาม

โซลิด-สเตตมีแนวโน้มว่าจะมีอายุการใช้งานที่ดีขึ้น เนื่องจากไม่มีอิเล็กโทรไลต์เหลว จะทำให้อินเทอร์เฟซมีความเสถียรมากขึ้น แต่พวกเขาก็ยังไม่มีจำหน่ายในเชิงพาณิชย์ QuantumScape ผ่านมา "อีกสองปี" มาประมาณหกปีแล้ว ความต้านทานของอินเทอร์เฟซ การสูญเสียการสัมผัสระหว่างการปั่นจักรยาน ลิเธียมเดนไดรต์ในการออกแบบบางอย่าง-ปัญหาเหล่านี้ยากกว่าที่ใครๆ คิด บางทีอิเล็กโทรไลต์ซัลไฟด์อาจทำงานได้ดีกว่าออกไซด์ ข้อมูลที่มาจากญี่ปุ่นบ่งชี้ว่าอาจจะ

cycle life

สิ่งนี้ถูกละเลยไปมาก แต่มันใหญ่มากสำหรับรถยนต์ที่ไม่ได้ขับมากนัก แบตเตอรี่ของคุณเสื่อมลงเพียงแค่นั่งอยู่ตรงนั้น อุณหภูมิในการจัดเก็บและ SOC มีความสำคัญทั้งคู่ กรณีที่แย่ที่สุดคือการชาร์จ 100% ที่อุณหภูมิสูง-คุณจะเสียคะแนนหลายเปอร์เซ็นต์ต่อปีโดยไม่ทำอะไรเลย. 40% SOC ที่อุณหภูมิห้องถือเป็นพื้นที่จัดเก็บที่เหมาะสมที่สุด แต่เห็นได้ชัดว่าไม่เหมาะกับรถที่คุณใช้จริง

การจัดเก็บกริดเป็นสัตว์ที่แตกต่างไปจากเดิมอย่างสิ้นเชิง คุณต้องมีอายุการใช้งาน 20+ ปี ซึ่งหมายความว่า 7000+ รอบขั้นต่ำ อาจเป็น 10000+ หากคุณทำหลายรอบในแต่ละวัน แต่คุณสามารถทนต่อความหนาแน่นของพลังงานที่ลดลงได้ และคุณมีพื้นที่มากขึ้นสำหรับการจัดการระบายความร้อน เศรษฐศาสตร์ทำงานแตกต่างออกไป-CAPEX มีความสำคัญมากกว่าเมื่อเทียบกับ OPEX เมื่อคุณตัดจำหน่ายมานานหลายทศวรรษ

ฉันไม่รู้เกี่ยวกับแบตเตอรี่ประเภทใหม่มากพอที่จะบอกว่ามีประโยชน์มาก ลิเธียม-ซัลเฟอร์ยังมีวงจรชีวิตที่ย่ำแย่เนื่องมาจากกระสวยโพลีซัลไฟด์ แม้ว่าบางบริษัทจะอ้างว่าได้แก้ไขปัญหานี้แล้วก็ตาม แอโนดโลหะลิเธียม-ที่จับคู่กับอิเล็กโทรไลต์ที่เป็นของแข็งอาจเป็นเส้นทางข้างหน้า แต่ปัญหาเดนไดรต์ยังไม่หายไป และแม้ว่าวัสดุจะได้ผลก็ตาม การขยายขนาดการผลิตสิ่งใหม่ๆ จะใช้เวลาอย่างน้อย 5-10 ปี ไม่ว่าอะไรจะเกิดขึ้นต่อไป เราก็ต้องติดอยู่กับรูปแบบของลิเธียมไอออนไปอีกอย่างน้อยหนึ่งทศวรรษ

แบตเตอรี่ลิเธียมโพลิเมอร์อยู่ระหว่าง-ความยืดหยุ่นในบรรจุภัณฑ์ที่ดีกว่าเซลล์ทรงกระบอก มีอายุการใช้งานเทียบเท่ากับลิเธียมไอออนมาตรฐาน-หากคุณรักษาอุณหภูมิให้เหมาะสม ตัวเลือกที่ดีสำหรับพื้นที่จำกัดแต่ไม่มีอะไรปฏิวัติวงการ