BYD Eisenbatterie Toyota alle soliden Batterie Vor- und Nachteile Vergleich

In Japan entwickelt sich ständig die Entwicklung von "All-Solid-Batterien", einer neuen Generation von Batterien, die den derzeitigen Lithium-Ionen-Mainstream-Batterien überlegen sind. Die Tohoku University und Toyota Motor haben die Ladezeit aller Festkörperbatterien auf ein Zehntel der herkömmlichen Batterien reduziert. Andere Forschungs- und Entwicklungsteams an der Northeastern University haben leichte Vollbatterien und niedrigere Betriebstemperaturen entwickelt. Darüber hinaus entwickelt Samsung Electronics in Südkorea Technologien zur Verbesserung der Lebensdauer aller Festbatterien. In Japan und im Ausland wird der Wettbewerb um die praktische Entwicklung immer härter.

Eine Elektrolytlösung, die ein Hauptmaterial einer Lithiumbatterie ist, enthält ein organisches Lösungsmittel, das leicht entzündet werden kann. Eine vollständig feste Batterie verwendet einen festen Elektrolyten anstelle eines flüssigen Elektrolyten. Da sich Lithiumionen in einem schwer brennbaren Festelektrolyten bewegen, wird die Sicherheit erheblich verbessert. Obwohl theoretisch mit Batterien mit Elektrolyten verglichen, haben alle Festkörperbatterien mehr Energiespeicher und eine höhere Ausgangsleistung. Es war jedoch schwierig, die in der Vergangenheit entwickelten Festkörperbatterien die Leistung herkömmlicher Batterien zu übertreffen, und es ist schwierig, sie in die Praxis umzusetzen.

In der Studie konzentrierten sich Associate Professor Ichiro Taro von der Tohoku University of Japan und andere auf die Probleme mit der Grenzfläche zwischen Elektrolyt und Elektrode. Der Elektrolyt und die Elektrode werden mithilfe eines Vakuums und der Einstellung der Herstellungsmethode der Batterie perfekt angepasst. Lithiumionen können aufgrund der engen Verbindung der Schnittstelle leicht in der Batterie bewegt werden. Das Problem, dass der Festelektrolyt und die Elektrode durch den Einfluss von Rissen und Verunreinigungen nicht eng aneinander haften, ist gelöst.

In einem Experiment, das unter Verwendung eines Prototyps einer Vollfestbatterie durchgeführt wurde, wurde die Ladezeit von 30 Minuten oder mehr, die für eine herkömmliche Batterie unter Verwendung einer Elektrolytlösung erforderlich waren, auf 3 Minuten verkürzt. Wenn eine Vollbatterie für eine Batterie eines Elektrofahrzeugs (EV) verwendet wird, wird ein schnelles Laden erreicht. In Zukunft werden wir gemeinsam mit Toyota und Batterieherstellern die Entwicklung fördern.

Die gleiche Verwendung von Lithium- und Wasserstoffverbindungen als Elektrolyte für Prof. Yan Mao und Prof. Yu von der Northeastern University und die Dozenten reduzierte das Gewicht aller festen Batterien um mehr als die Hälfte. Zuvor entwickelte Vollfestbatterien mit Sulfiden und Oxiden als Elektrolyten waren schwerer als Batterien mit Elektrolyten.

Nach der Verwendung einer Verbindung aus Lithium und Wasserstoff besteht das Problem, dass sie nur in einer Umgebung mit hoher Temperatur betrieben werden kann, die Zusammensetzung des Elektrolyten jedoch von ursprünglich 120 Grad Celsius auf 90 Grad Celsius verbessert wurde. Das Ziel in der Zukunft ist es, dass die Batterie bei Raumtemperatur ordnungsgemäß funktioniert. Das Unternehmen plant, mit Mitsubishi Gas Chemicals zusammenzuarbeiten, um nach fünf Jahren ein praktisches Niveau an Batterien als reine Elektrofahrzeuge zu erreichen.

Samsung Electronics hat die Lebensdauer von Vollbatterien mit Sulfiden erhöht. Nach 500-maligem wiederholten Laden und Entladen kann die Kapazität immer noch bei etwa 80% gehalten werden, was nahe am praktischen Niveau liegt. In der Vergangenheit gab es ein Problem, dass die Kapazität nach wiederholtem Laden und Entladen schnell verringert wird. Dieses Problem wurde jedoch gelöst, indem die Struktur der positiven Elektrode sorgfältig verbessert und eine Substanz, die leicht in der positiven Elektrode erregt werden kann, gleichmäßig dispergiert wurde. Dieser Erfolg wurde auf dem Batterieseminar im vergangenen Monat in Kyoto veröffentlicht.

Gegenwärtig hat der Mainstream-lithium-ionen-akku eine höhere Leistung pro Volumeneinheit und eine größere Speicherkapazität. Wird hauptsächlich in tragbaren Terminals und reinen Elektrofahrzeugen verwendet. Fieber kann jedoch Schäden verursachen, und es gibt Meinungen, die auf ein Sicherheitsrisiko hinweisen.

Eine neue Generation von Batterien: Reine Elektrofahrzeuge, die mit vorhandenen Lithium-Ionen-Batterien ausgestattet sind, haben eine einzige elektrische Fahrstrecke von nur etwa 200 Kilometern. Ein Benzinauto hingegen kann mit vollem Tank etwa 500 Kilometer weit fahren. Ziel der neuen Batteriegeneration ist es, die Leistung auf ein Niveau zu steigern, das mindestens dem von Benzinfahrzeugen entspricht. Bemühen Sie sich auch, die Sicherheit und Haltbarkeit zu verbessern und die Ladezeit zu verkürzen.

Neben Festkörperbatterien und Natriumionenbatterien gehören zu den derzeit entwickelten Batterien der neuen Generation Luftbatterien, die Luft in der Luft zur Gewichtsreduzierung verwenden, und mehrwertige Ionenbatterien, die eine große Menge von verwenden Elektrizität wie Magnesiumionen.

Ähnlich wie bei der "All-Solid-Batterie" wurde nach dem tatsächlichen Betriebstest von Elektrofahrzeugen in den letzten Jahren die Sicherheit der BYD-Eisenbatterie von den Branchenriesen bestätigt, aber was sind die Vor- und Nachteile des "All-Solid-Batterie" -Eisens? Batterie?

In der Tat ist die Lithiumbatterie nur ein allgemeiner Begriff. Wenn es nach seinem Kathodenmaterial unterteilt wird, gibt es Lithiumcobaltat, Lithiummanganat und Lithiumeisenphosphat. Die Vor- und Nachteile der Lithiumbatterie werden nachfolgend beschrieben.

Was ist eine Lithiumeisenphosphatbatterie?

Das Innere einer Lithium-Ionen-Batterie besteht hauptsächlich aus einer positiven Elektrode, einem negativen Elektrodenelektrolyten und einem Separator. Das Positiv, Negativ und der Elektrolyt einer Lithium-Ionen-Batterie können je nach den verwendeten Materialien unterschiedliche Leistungen und unterschiedliche Namen haben. Lithiumbatterien, die üblicherweise auf dem Markt verwendet werden, werden in Lithiumcobaltat (LiCoO2) und Lithiummanganat (LiMn2O4) eingeteilt, und die Hauptfigur in diesem Artikel ist Lithiumeisenphosphat (LiFePO4).

Als eine Art Lithiumbatterie wird Lithiumeisenphosphat hauptsächlich im Bereich von Stromversorgungssystemen wie Elektrofahrzeugen, militärischer Luft- und Raumfahrt, Elektrowerkzeugen und USV verwendet. Es ist aufgrund seiner hervorragenden strukturellen Stabilität, Sicherheitsleistung und langen Lebensdauer besser geeignet. Wird im Bereich der Stromversorgungssysteme verwendet. Lithiumeisenphosphatbatterien haben mindestens fünf Vorteile gegenüber Lithiumionenbatterien, die andere positive Materialien verwenden.

Fünf Vorteile, Sicherheit und Langlebigkeit

Im Vergleich zu den derzeit auf dem Markt erhältlichen Lithium-Kobaltoxid- und Lithium-Manganat-Batterien bieten Lithium-Eisenphosphat-Batterien mindestens fünf Vorteile: höhere Sicherheit, längere Lebensdauer und keine Schwermetalle und seltenen Metalle (Rohstoffe), niedrige Kosten, schnell Lade- und breiter Betriebstemperaturbereich.

Höhere Sicherheit

Lithiumeisenphosphat löst das Sicherheitsrisiko von Lithiumcobaltat und Lithiummanganat vollständig. Es zeigt sich, dass die Bindungsstärke der chemischen Phosphatbindung stärker ist als die der herkömmlichen übermäßigen Metalloxidstruktur, so dass die Struktur stabiler ist und es nicht einfach ist, Sauerstoff freizusetzen.

Längere Lebensdauer

Gegenwärtig haben die meisten Lithium-Ionen-Batterien, die in mobilen Stromversorgungen auf dem Markt verwendet werden, eine etwa 500- bis 800-fache Lebensdauer, während Lithium-Eisenphosphat-Batterien eine mindestens 2.000-fache Lebensdauer haben und ihre Kapazität oben gehalten werden kann 80%. Wenn der interne Stromspeicher des mobilen Netzteils ein Lithiumeisenphosphatprodukt ist, hat er daher einen absolut normalen Lebensdauervorteil.

Enthält keine Schwermetalle und seltenen Metalle

Das Kathodenmaterial der Lithiumeisenphosphatbatterie enthält keine Edelmetalle und seltenen Metalle, ist also umweltfreundlicher und kann die Umweltverschmutzung wirksam reduzieren. Darüber hinaus senken eine Vielzahl von Materialquellen die Materialkosten und den Preis.

Unterstützt schnelles Laden

In Bezug auf die Ladegeschwindigkeit hat Lithiumeisenphosphat auch einen größeren Vorteil, da es die Schnellladeeigenschaften unterstützt, um eine Ladegeschwindigkeit von mindestens 2C zu unterstützen (C ist der Ladeparameter, wie z. B. die Kapazität einer 1000-mAh-Batterie, 2C-Strom beträgt 1000 mA × 2 = 2000 mA ), was die Ladezeit erheblich verkürzen kann.

Breiter Betriebstemperaturbereich

Im Vergleich zu anderen Lithiumbatterien haben Lithiumeisenphosphatbatterien einen größeren Betriebstemperaturbereich und können normal bei -20 ° C bis +75 ° C arbeiten. Einige Lithiumeisenphosphatbatterien mit hoher Temperaturbeständigkeit können auch bei 350 ° C verwendet werden. Normaler Betrieb hat im Bereich von ° C bis 500 ° C mehr Vorteile als die 200 ° C-Grenze von Lithiummanganat und Lithiumkobaltoxid.

Daher sind die offensichtlichsten Vorteile von Lithiumeisenphosphat im Vergleich zu Lithiumkobaltoxid- und Lithiummanganatbatterien der extrem hohe Sicherheitsfaktor, die Unterstützung für schnelles Laden (Hochstromladen) und ein breiterer Betriebstemperaturbereich. Verbraucher können sich um die Sicherheit von Lithiumbatterien sorgen und diese in raueren Umgebungen verwenden. Es gibt jedoch einige Mängel bei Lithiumeisenphosphat im Vergleich zu den weit verbreiteten Lithiumkobaltoxid- und Lithiummanganatbatterien, siehe unten.

Die drei Hauptnachteile sind immer noch nicht perfekt

Nachdem wir kurz die Vorteile von Lithium-Eisenphosphat-Batterien vorgestellt haben, wollen wir uns einige der bestehenden Mängel ansehen. Es ist hauptsächlich in drei Aspekte unterteilt: niedrige Klopfdichte, Konsistenzproblem und hohe Produktionskosten.

Geringe Klopfdichte

Bei Lithium-Ionen-Batterien kann die Abgriffsdichte die Größe der Batterie bei gleicher Kapazität bestimmen, und die geringere Abgriffdichte ist ein Mangel, der bei der aktuellen Lithium-Eisenphosphat-Batterie behoben werden muss. Im Vergleich zu Lithiumcobaltat und Lithiummanganat sind Lithiumeisenphosphatbatterien gleicher Kapazität größer, was ein Grund dafür ist, dass Lithiumeisenphosphatbatterien im Bereich von Mobiltelefonen und dergleichen nicht gestiegen sind.

Konsistenzproblem

Obwohl Lithiumeisenphosphatbatterien im Vergleich zu Lithiumkobaltoxid- und Lithiummanganatbatterien einen absoluten Vorsprung über die Lebensdauer haben. Im Batteriemodus wird die Lebensdauer jedoch erheblich verkürzt. Da der Akku durch eine große Anzahl von Einzelzellen in Reihe geschaltet ist, ist der Austausch sehr problematisch, wenn eine Batterie im gesamten Akkupack ausfällt, weshalb der aktuelle Nennzyklus des Akkus im Elektrofahrzeug. Der Grund für das gleiche Leben ist 500 Mal.

Höhere Produktionskosten

Da sich die physikalischen Eigenschaften des Materials in der positiven Lithiumeisenphosphat-Elektrode stark von denen anderer Lithiumbatteriematerialien unterscheiden, ist die Partikelgröße klein, die Klopfdichte klein und dergleichen, so dass die Prozessanforderungen im Herstellungsprozess sind hoch und die Nennspannung beträgt 3,2. V, niedriger als die normale 3,7-V-Lithiumbatteriespannung, daher sind die Anforderungen für die Herstellung der gesamten Batteriezusammensetzung und der damit verbundenen Herstellungsausrüstung und -verfahren höher als bei anderen Lithiumbatterien.

Zusätzlich zu den obigen drei Hauptnachteilen von Lithiumeisenphosphatbatterien gibt es immer noch ein potentielles Problem, das die Entwicklung von Lithiumeisenphosphatbatterien behindert, was der Patentstreit von Kathodenmaterialien ist. Lassen Sie die gegenwärtigen Gesamtkosten von Lithiumeisenphosphat höher sein als die populären Lithiumkobaltoxid- und Lithiummanganatbatterien. Es ist jedoch erfreulich, dass die Patentfrage kürzlich gelockert wurde.

Strahlende Zukunft

Die folgende Tabelle vergleicht mehrere offensichtliche Datenvergleiche zwischen Lithiumeisenphosphatbatterien und Lithiummanganat- und Lithiumkobaltoxidbatterien, hauptsächlich unter verschiedenen Aspekten wie Nennspannung, Lade- und Entladespannungsbereich und volumenspezifische Energie.

Zusammenfassung: Ob es sich um Lithiumeisenphosphat, Lithiumkobaltoxid, Lithiummanganat oder eine Vollfestbatterie handelt, die nächste Entwicklungsrichtung kann sich nicht nur auf die Verbesserung der Energiedichte konzentrieren, sondern muss in den nächsten Jahren auch die Sicherheit der Batterie betreffen Jahre wird die Batterie in großem Maßstab eingesetzt. Danach wird dieses Problem hervorgehoben. F & E-Institutionen müssen vorausplanen und diese verborgenen Gefahren in der Wiege beseitigen. Es ist eine gelähmte Situation, um den Start der Elektrofahrzeugindustrie zu vermeiden.

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