NEC锂电池设备需求分析

摘要：现代电子设备里头，电动交通工具所用关键能源存储技术是锂电池，它极具可重复充放电特性，还有高能量密度，对环境保护以及可持续能源意义重大，锂电池的性能和寿命跟其电池管理系统关联紧密。此次本研究围绕锂电池进行探讨，着重剖析锂电池设备类型该如何选择，还有容量和能量方面情况，包括充放电速率怎样，温度范围有哪些需求等，目的在于推动可持续能源应用，进而为锂电池发展贡献一份力量。

关键词：锂电池设备；类型；需求

引言

锂电池身为现代能源存储技术的关键内核，于诸多应用范畴里已然收获巨大成功，它被普遍应用在移动电子设备、电动交通工具、储能系统以及可再生能源集成之中，给人类社会的能源需求以及环境可持续性予以重要支撑。可是，锂电池的性能与可靠性依旧是备受瞩目的难题，其优化跟改进对于提升能源利用率、削减成本、减轻环境影响尤为重要。

1 锂电池设备概述

由锂作为阳极材料构成的可充电电池，名为锂电池，因锂作为金属元素具备超高电化学活性，能给电池提供极高能量密度。自20世纪70年代初锂电池首次实现商业化后，历经了多次技术革命与迭代。起初，人们主要运用锂金属电池，可因其安全性问题，在20世纪90年代被锂离子电池取代了。锂离子电池不再以纯锂作阳极，改行使用其他锂化合物，极大程度强化了电池的安全性与稳定性 。^[1]锂电池放电之际，阳极也就是正极那里的锂离子，借助电解质朝着阴极也就是负极移动；充电进程当中，锂离子却是从阴极返回到阳极处，这般往返移动的情形让电池得以存储以及释放电能。好比移动电话，像笔记本电脑，再到电动汽车、无人机还有储能系统，锂电池已然成为现代生活里无处不见的能源存储解决办法。伴随技术取得进步以及成本有所降低，预估锂电池在未来会于更多领域发挥作用 。

2 锂电池设备需求分析

2.1 电池类型选择

在过去几十年里头，锂电池经历到显著着十分惊人着不同寻常着技术进步，先是从很原始着锂金属电池开始，一直发展到如今存在着各种各样着锂离子电池化学组合。对于去选择恰当合适着电池类型而言，需要进行非常仔细、十分详尽、极为细致着对各种电池性能参数进行分析。锂离子电池，也就是那种被称为Li-ion着电池，是此时此刻着这个市场上面最为普遍广泛、最为普通常见、最为平常一般着电池类型，它所具备着特点是能量密度方面比较高，充放电效率相对来说比较好，并且循环寿命在一定程度上比较长 。在商用领域，Li-ion电池的能量密度一般处于150至265 Wh/kg的范围之内，它的电压平台大约是3.7V，另外，Li-ion电池包含NCA（镍钴铝）、NMC（镍锰钴）、LFP（锂铁磷酸）等多种化学组合，每一种都具备其独有的性能。NCA（镍钴铝）主要被应用于电动汽车方面，特斯拉所使用的就是这种电池类型，它的能量密度能够达到240至280 Wh/kg，然而，它的成本相对而言比较高。当下，多数电动汽车以及便携式电子设备所采用的电池类别为NMC（镍锰钴），它对性能、安全性与成本起到了平衡作用，其能量密度处于200至220 Wh/kg之间 。^[2]锂铁磷酸，也就是LFP，它的能量密度稍微低一些，大概是90到120Wh/kg，可它的安全性以及循环寿命都相当出色，在大型能源存储领域还有某些电动汽车当中都有应用。和传统的Li-ion电池相比较，锂聚合物电池，即Li-Po，它更轻，也更薄，能够允许更为灵活的设计，它的能量密度一般在150到200Wh/kg之间，因为其形状可变以及轻便的特性，常常被运用在智能手机、无人机以及RC模型里。除此以外，锂硫电池，也就是Li-S，当下仍处于研发以及商业化的起始阶段，然而，它的理论能量密度高达500 Wh/kg，展现出了极大的潜力。

2.2 容量和能量需求

针对锂电池设备，其容量以及能量需求，能够从如下一些方面着手去进行分析：其一，是移动设备所具备的能量需求，这些年来，伴随手机功能数量的增多，手机它自身的能量需求同样也处于增加的态势之中，一般的情形之下，占据主流地位的智能手机，其平均的电池容量是3500mAh，要是把屏幕尺寸、5G通信以及各种传感器所产生的能量消耗纳入考量范围之内，那么智能手机平均的电池容量需求，在未来的时候，有可能会增长至4200mAh，相较于智能手机而言，平板电脑由于自身有着更大的屏幕以及更为强大的处理器，所以需要更高的电池容量 。通常状况下，平板电池的平均电量容量是8000mAh ，伴随技术向前发展，此类数字会提升至9500mAh 。电动交通运输工具的能量需求，跟着电动汽车(EV)技术取得进展，它的行驶路程也在增多，一般情形下一辆中型电动汽车平均得用到60kWh的电池电量容量方可行驶300公里；然而随着电池专业技术的改良，未来的60kWh电池能够支撑汽车行驶37,5公里的距离 。电池容量需求，对于电动自行车以及滑板车之类的小型电动交通工具而言，是相对较小的，电动自行车平均电池容量大概是500Wh，电动滑板车的容量则是250Wh。（3）有着家用和工业应用的能量需求。伴随太阳能、风能等可再生能源的逐渐普及，家用储能系统的需求也处于增长态势。普通家用储能系统容量是10kWh，有足够能力支持一户人家在没有电网供电状况下运行一日，鉴于家庭电器功率的上升以及电网不稳定性的增强，这一需求有可能增长至12kWh。与此同时，工业场所常常需要具备大容量的备用电源，以此去保证生产过程不会出现中断的情况。普通工厂大约需要1MWh的备用电源容量，鉴于生产规模有着增长的态势，这一数字在未来有可能增长到1.2MWh。

2.3 充放电速率需求

对于锂电池的性能以及应用而言，充放电速率是极其关键重要的，恰当合适的充放电速率不但能够满足设备的实际需要要求，与此同时还能够保证确保电池具备长寿命以及安全性。锂电池设备的充放电速率需求能够从以下这些方面去进行分析：（1）移动设备的充放电速率需求。随着用户对于快充技术的需求日益增长，主流的智能手机支持至少20W的充电速率，并且部分手机的充电速率已经达到65W或者更高，所以，一块4200mAh的电池能够在30分钟内充至70%以上。说到放电这一情况，普通智能手机于高负荷工作之际，也就是像游戏或者视频播放这种情形下，其放电功率大概是5W 。鉴于平板电脑有着更大的电池容量，所以其充电速率一般是在25W至40W范围内，在高负荷使用过程中的放电功率大体为8W 。电动交通工具存在充放电速率方面的需求 。电动汽车的快充技术是消费者极为关注的要点，主流电动汽车能够支持最少150kW的充电速率，也就是说一块60kWh的电池能够在40分钟内充到80% 。汽车在行驶时，电动汽车的平均放电速率由车辆大小以及驾驶条件决定，一般处在20kW至60kW的范围之中 。

^[3]一般而言，电动自行车、滑板车这类小型电动交通工具，其充电速率是相对较低的，一般处于100W至500W这个区间范围之内。而其放电速率呢，通常是在50W至250W之间，到底具体是多少，这是要取决于速度以及地形情况的。还有，关于家用和工业应用方面的充放电速率需求是不一样的。就家用储能系统来说，其充电速率通常是由太阳能板或者风能发电机的输出情况来决定的，平均下来大概在5kW左右。其放电速率则取决于家庭的功率需求状况，不过在夜间或者电网出现中断的时候，这个放电可能高达8kW 。工业备用电源进行充电时的速率，一般是由电网所具备的供应能力来决定的，其范围通常处于50kW~200kW之间 。而放电的速率，则是依据工厂对于功率的需求来判定的，一般处于100kW~500kW之间 。

2.4 温度范围需求

锂电池的性能、安全性以及寿命会受到温度的直接影响，对于锂电池设备温度范围需求，可从以下方面着手分析：（1）移动设备的温度范围需求，鉴于智能手机有可能在各类环境中投入使用，智能手机电池的工作温度范围一般是-20°C至45°C，在这个范围之内，电池理应维持至少80%的性能，因平板电脑的使用场景和手机相近，所以其电池的温度需求和手机相仿，也就是-20°C至45°C的工作温度范围 。（2）电动交通工具的温度范围需求。电动汽车具备在各类气候状况下进行驾驶的可能性，所以，其电池对于温度范围的需求要更为严苛，一般而言，电动汽车电池的工作温度范围应当是零下二十摄氏度至六十摄氏度，为了保证电池的使用寿命以及安全性能，诸多汽车制造厂商还配置了电池温度管理系统，电动自行车以及滑板车存在于户外长时间被使用的可能性，其电池的工作温度范围跟电动汽车相类似，通常是从零下二十摄氏度到六十摄氏度，家用和工业应用的温度范围需求 。家用储能系统一般处在家中地下室或者车库等固定地方，所以，其对温度范围的需求或许比较稳定。一般情形下，家用储能系统的电池温度范围竟是零下十摄氏度到五十五摄氏度。工业备用电源有可能在没有空调的工厂或者户外，故而其电池对温度的需求可能更严苛。通常状况下，工业备用电源的电池温度范围大概是零下二十五摄氏度到六十摄氏度。

结束语：

综上所述，锂电池设备需求分析是关键步骤，此步骤能确保项目或应用成功实施。本研究对电池类型选择，进行分析，对容量和能量需求，进行分析，对充放电速率需求，进行分析，还对温度范围需求，进行分析。随着技术不断发展，可以预见更先进、高性能的锂电池设备持续推动电池技术进步，为可持续能源和环境保护做出更大贡献。期待更多研究深入探讨电池设备需求分析的各个方面，为电池技术未来发展提供更多有益见解。