Wie ist der aktuelle Stand der Entwicklung von Lithiumbatterien?

Derzeit verwenden inländische Fahrzeuge mit neuer Energie noch Lithiumeisenphosphat (BYD-basiert) und ternäre Lithiumbatterien. Die Reichweite der Modelle kann grundsätzlich 300 Kilometer erreichen, die durchschnittliche Energiedichte des Batteriesystems beträgt jedoch nur 115 Wh / kg. Im März 2017 haben die vier Ministerien und Kommissionen des Ministeriums für Industrie und Informationstechnologie gemeinsam den Aktionsplan zur Förderung der Entwicklung von Kraftfahrzeugbatterien herausgegeben. Es wurde darauf hingewiesen, dass die spezifische Energie des neuen Lithium-Ionen-Energiepools bis 2020 mehr als 300 Wh / kg betragen sollte. Das System sollte 260 Wh anstreben. /Kg.

Die Daten zeigen, dass die Lücke zwischen der aktuellen Energiedichte der Leistungsbatterie und dem Zielwert in China 126% beträgt. Für die Lithiumeisenphosphatbatterie ist es zu schwierig, den Zielwert für 2020 zu erreichen, für die von Tesla vertretene ternäre Lithiumbatterie ist dies jedoch durchaus möglich. Die Leistung der akkus ist gut und das BMS-Managementsystem ist ebenfalls effizient. Darüber hinaus kann die Festkörper-Lithiumbatterie auch die Energiedichte des Batteriesystems auf 260 Wh / kg erhöhen.

1. Ternäre Lithium- und Lithiumeisenphosphatbatterie - die derzeitige Hauptstütze

Derzeit befindet sich der globale Markt für neue Energiefahrzeuge in einer kritischen Phase intensiver Entwicklung. Mainstream-Autohersteller haben neue Energiefahrzeuge ausgelegt. Die rasche Reife der Industriekette für Lithiumbatterien wird die großtechnische Anwendung neuer Energiefahrzeuge weiter fördern. Aus globaler Sicht verwenden die typischen Modelle im Besitz eines Autos hauptsächlich japanische und koreanische Batterien, hauptsächlich ternäres Lithium, und die Reichweite erreicht oder überschreitet im Wesentlichen 350 km.

Tabelle 1 Globale Unterstützung für Mainstream-akkus

Mit Blick auf den Inlandsmarkt hat sich von den ersten sechs Chargen neuer Energiefahrzeuge im Jahr 2017 auch die Energiedichte der neuen Modelle mit Batterien in unterschiedlichem Maße erhöht. In der ersten Charge von Katalogen betrug die Energiedichte von mehr als 115 Wh / kg nur 13,11%, und der Anteil der fünften Charge von Katalogen erreichte 73%. Es ist ersichtlich, dass die Zunahme der Energiedichte von Leistungsbatterien der Trend der Zeit ist. Die Leistungsbatterie der etablierten Elektrofahrzeugunternehmen hat sich ebenfalls allmählich in Lithium mit drei Elementen verwandelt, und die Reichweite kann im Grunde genommen 300 Kilometer erreichen.

Tabelle 2 Unterstützungssituation für Haushaltsbatterien

Angesichts der Situation nationaler und internationaler energiebatterieunternehmen, die neue Energiefahrzeuge befördern, war der Trend, dass ternäre Lithiumbatterien zur gängigen Technologieroute werden, irreversibel, aber es gibt noch Raum für Verbesserungen bei der Laufleistung des gesamten Fahrzeugs. Dies ist wahrscheinlich auf viele Gründe zurückzuführen, wie die geringe Energiedichte der Leistungsbatterie und den Raum für Verbesserungen der BMS-Effizienz.

2. Vollfeste Lithiumbatterie - die zukünftige Entwicklungsrichtung

Die Forschungs- und Entwicklungsziele von Lithiumbatterien mit hoher Energiedichte, die von Ländern auf der ganzen Welt entwickelt wurden, setzen aktiv zukunftsweisende Technologien wie Lithium-Schwefel-Batterien, Lithium-Luft-Batterien oder Lithium-Metall-Batterien ein.

Festkörper-Lithiumbatterien haben aufgrund der Vorteile traditioneller Lithiumbatterien große Fortschritte bei der Sicherheit und Energiedichte erzielt. Gegenwärtig kann die Energiedichte aller Forschungen und Entwicklungen im Bereich der Festkörper-Lithiumbatterien 300 bis 400 Wh / kg erreichen, was voraussichtlich eine wichtige Entwicklungsrichtung für die nächste Generation der Hochenergiedichte- und energiespeicherbatterietechnologie sein wird. Dies ist der Konsens von Wissenschaft und Industrie.

Abbildung 1 Stufenziele der Energiedichte von Strombatterien in Ländern auf der ganzen Welt

Abbildung 2 Weltroute der Lithiumbatterietechnologie

Globale Tochterunternehmen für Strombatterien haben auch den Einsatz von Festkörper-Lithiumbatterien beschleunigt, um Chancen zu nutzen. Derzeit ist der Industrialisierungsprozess verschiedener Technologiepfade unterschiedlich. Unter diesen entwickeln sich Polymer-Festkörperbatterien schnell, und das Labor wurde aufgrund seiner Hochtemperaturarbeitsleistung fertiggestellt. Es wurde bestätigt, dass eine kleine Anzahl von Unternehmen eine Industrialisierung in kleinem Maßstab erreicht hat.

Entwicklungsstand der Festkörper-Lithiumbatterie (Polymer-Feststoffbatterie)

Bollore, Frankreich: Festkörper-Sekundärbatterie (LMP), Lithiummetall für negatives Elektrodenmaterial, Polymer (PEO usw.) für den Elektrolyten. Es wurde in Frankreich für EV, Shared Service Car "Autolib" und kleinen Elektrobus "Bluelus" angewendet. Die Gesamtanwendung beträgt mehr als 3.000 Fahrzeuge.

US Seeo: Alle festen Sekundärbatterien verwenden Daisos trockenen Polymerfilm, um einen Probenbatteriepack mit einer Energiedichte von 130-150 Wh / kg bereitzustellen. Im Jahr 2017 kann die Energiedichte 300 Wh / kg erreichen, was nicht gefördert wurde.

CATL: Gegenwärtig wurde eine Polymerbatterie mit einer Kapazität von 325 mAh entwickelt und hergestellt, die eine gute Hochtemperaturzyklusleistung aufweist und nicht populär gemacht wurde.

Qingdao Institute of Energy, Chinesische Akademie der Wissenschaften: Die Festkörper-Polymer-Lithiumbatterie „Qingneng I“ mit großer Kapazität hat die wissenschaftliche Tiefseeforschung abgeschlossen, ihre Energiedichte übersteigt 250 Wh / kg und die Kapazität von 500 Zyklen bleibt über 80 % behält bei mehrmaliger Akupunktur und Extrusion eine sehr gute Sicherheitsleistung unter harten Testbedingungen bei. "Qingeng II" wurde ebenfalls erfolgreich mit einer Energiedichte von bis zu 300 Wh / kg entwickelt, was nicht gefördert wurde.

Darüber hinaus haben Sulfid-Festkörperbatterien (Lithium-Schwefel-Batterien) in Festkörper-Lithiumbatterien aufgrund ihrer hohen Energiedichte und geringen Kosten ein großes Entwicklungspotential. Toyota, Samsung, CATL, Toyota und andere in- und ausländische Unternehmen haben ihr Layout beschleunigt. Unter diesen ist Toyota Technology am weitesten fortgeschritten. Toyota führte 2010 eine Sulfid-Festkörperbatterie ein. 2014 erreichte die experimentelle Energiedichte des Prototyps 400 Wh / kg. Bis Anfang 2017 erreichten Toyotas Patente für Festkörperbatterien 30, weit mehr als bei anderen Unternehmen. Laut Führungskräften von Toyota wird Toyota die Industrialisierung von Sulfid-Festkörperbatterien bis 2020 realisieren. Das inländische Unternehmen CATL ist relativ führend bei Sulfid-Festkörperbatterien und beschleunigt die Entwicklung von Sulfid-Festkörper-Lithiummetallbatterien für reine Elektrofahrzeuge.

Entwicklungsstand der Festlithiumbatterie (Sulfid-Festkörperbatterie)

Toyota: Festkörperbatterien wurden 2010 eingeführt. 2014 erreichte die experimentelle Energiedichte des Prototyps 400 Wh / kg.

Samsung Japan Research Institute: Unter Verwendung eines Festelektrolyten auf Sulfidbasis wurde eine laminierte vollfeste Sekundärbatterie mit 2000 mAh und 175 Wh / kg hergestellt.

Sakti3 (USA): 2015 erhielt das Unternehmen eine Investition von 15 Millionen US-Dollar vom britischen Gerätegiganten Dyson. Die vom Unternehmen entwickelte Festkörperbatterie verwendet Keramik als Elektrolyt, Lithiummetall oder Lithiumlegierung als negative Elektrode und die Energiedichte erreicht 1000 Wh / l. Bühne.

Qingdao Energy: Der Kern des Unternehmens liegt in der Entwicklung und Herstellung von Vollkeramik-Separatoren mit hohem Feststoffgehalt und anorganischen Festelektrolyten. Derzeit hat das Team mit BAIC zusammengearbeitet, um einen Pilottest durchzuführen, der in Zukunft ein wichtiger Bestandteil von Beiqi-Elektrofahrzeugen sein könnte.

CATL: Die wichtigste Forschungs- und Entwicklungsrichtung ist der Sulfidelektrolyt. Das positive Elektrodenbeschichtungsverfahren wird verwendet, um das Grenzflächenreaktionsproblem zu lösen. Das Heißpressverfahren reduziert den Grenzflächenwiderstand.

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