Einführung des Dreiwege-Lithium-Batteriesystems

Es ist bekannt, dass die Leistungslithiumbatterie, die als positives Elektrodenmaterial verwendet wird, in den letzten Jahren mit ihrer hohen Kapazität, guten Zyklusstabilität und moderaten Kosten allmählich eine zunehmend wichtige Position in der Leistungsbatterieindustrie eingenommen hat.

Auf der Shanghai International Auto Show 2015 lag der Anteil der Lithium-Ionen-Batterien in den neuen Energiefahrzeugen über dem der Lithium-Eisenphosphat-Batterien. Die meisten inländischen Mainstream-Autohersteller, darunter Geely, Chery, Chang'an, Zhongtai und China, haben neue Energiemodelle mit drei Leistungsbatterien auf den Markt gebracht. Zum Beispiel Beiqi EV-Serien, Qirui Q, Airuize 3EV, JianghuaiiEV4, Jilidihao 100, einschließlich Chen Yuyun EV und so weiter. Was ist der Grund für die zunehmende Stärke von Batterien mit ternärem Material?

Wie im vorherigen Artikel "Hand in Hand" erwähnt, hängt die Leistung von Lithium-Ionen-Batterien hauptsächlich von ihren Kathodenmaterialien ab, und Lithium-Ionen-Batterien werden üblicherweise nach Kathodenmaterialien benannt. Die meisten auf dem Markt befindlichen ternären Materialbatterien beziehen sich auf Lithiumionenbatterien mit Nickel-Kobalt-Mangan als positivem Material.

Es wurde gefunden, dass das Verhältnis von Nickel-Kobalt-Mangan in Nickel-Kobalt-Mangan-Tripol-Material innerhalb eines bestimmten Bereichs eingestellt werden kann und seine Leistung mit dem Verhältnis von Nickel-Kobalt-Mangan variiert. Um den Gehalt an teuren Übergangsmetallen wie Kobaltnickel weiter zu reduzieren und die Leistung positiv polarer Materialien weiter zu verbessern, haben Länder auf der ganzen Welt intensiv an der Forschung und Entwicklung von ternären Nickel-Kobalt-Mangan-Materialien gearbeitet Eine Anzahl von ternären Materialsystemen mit unterschiedlichem Verhältnis von Nickel-Kobalt-Mangan wird vorgeschlagen, einschließlich 333, 523, 811-Systemen. Einige Systeme haben erfolgreich industrielle Produktion und Anwendung erreicht.

Strukturelle Eigenschaften der ternären positiven Elektrode aus Nickel-Kobalt-Mangan

Ternäre Nickel-Kobalt-Mangan-Materialien können normalerweise ausgedrückt werden als: LiNix Coy MnzO2, wobei X + Y + Z = 1.

Abhängig vom Molverhältnis (X: Y: Z-Verhältnis) der drei Elemente werden sie jeweils als unterschiedliche Systeme bezeichnet, beispielsweise ein ternäres Material, das aus Molverhältnissen von Nickel zu Kobaltmangan (X: Y: Z) 1: besteht. 1: 1, bezeichnet als 333; Das System mit einem Molverhältnis von 5: 2: 3 wird als 523-System bezeichnet.

Die Triplettmaterialien vom Typ 333, Typ 523 und Typ 811 gehören zur α-NaFeO2-Schicht-Steinsalzstruktur des hexagonalen Systems.

In ternären Nickel-Kobalt-Mangan-Materialien sind die Hauptvalenzzustände der drei Elemente +2, +3 bzw. +4, und Ni ist das aktive Hauptelement. Die Reaktion und der Ladungstransfer beim Laden sind wie folgt:

Positive Reaktion: LiMO2- → Li1-xMO2 + xLi + XE-

Negative Reaktion: nC + xLi + XE- → LixCn

Gesamtbatteriereaktion: LiMO2 + nC- → Li1-xMO2 + LixCn

Im Allgemeinen ist die Materialkapazität umso größer, je höher der Gehalt der aktiven Metallkomponente ist. Wenn der Gehalt an Ni jedoch zu hoch ist, nimmt Ni2 + die Li + -Position ein, was die Kationenmischung verschlimmert und zu einer Abnahme führt in der Kapazität. Co ist ebenfalls ein aktives Metall, kann jedoch eine Rolle bei der Hemmung der Kationenmischung spielen und dadurch die Schichtstruktur des Materials stabilisieren. Mn ist nicht an elektrochemischen Reaktionen beteiligt, was Sicherheit und Stabilität bietet und gleichzeitig die Kosten senkt.

Eigenschaften verschiedener Systeme von Nickel-Kobalt-Mangan-Dreiphasen-Lithium-Ionen-Batterien

Es gibt heute viele ternäre Nickel-Kobalt-Mangan-Systembatterien auf dem Markt, wie z. B. 523-, 111-, 811-Systeme usw.

Als fahrzeugbetriebene Batterie hat der Markt immer strengere Anforderungen an seine Energiedichte gestellt. Fisch und Bärenpalme können jedoch nicht gleichzeitig gewonnen werden. Aus Abbildung 2 ist ersichtlich, dass Sie den Anteil von Ni und Co im ternären Material erhöhen müssen, wenn Sie eine hochenergetische Dichte sowie eine sichere und stabile Leistungszelle erhalten möchten. Begleitet von den Sicherheitsrisiken, die durch die lebhaften Eigenschaften von Ni und den durch den Mangel an Co-Ressourcen verursachten Kostenanstieg verursacht werden.

Führen Sie hier für jedes System von ternären Nickel-Kobalt-Mangan-Batterien eine einfache Einführung durch.

LiNi 0,5 Co 0,2 Mn 0,302

Ternäres Material vom Typ 523 ist derzeit das am häufigsten verwendete ternäre Material, da es eine höhere spezifische Kapazität und thermische Stabilität aufweist und die Reife und Stabilität des Prozesses weiter zunimmt und der Inlandsmarktanteil rasch zugenommen hat. Das ternäre Material 523 verfolgt ein hohes Volumen und eine hohe spezifische Kapazität (hohe Verdichtungsdichte), gefolgt von einem Gleichgewicht zwischen Zyklusleistung, Geschwindigkeitsleistung, thermischer Stabilität und Selbstentladung. Als akku kann er die Lebensdauer von Elektrowerkzeugen erheblich verbessern. Fähigkeit.

LiNi1 / 3Co1 / 3 Mn1 / 302

Das ternäre Material vom Typ 111 bietet die Vorteile von Energie, Multiplikator, Recyclingfähigkeit und Sicherheitsleistung. Die erste Lade- und Entladungseffizienz des 111-Materials ist jedoch gering, und das Mischen von Ionen in der Lithiumschicht beeinflusst die Stabilität des Materials und der Entladungsspannungsplattform. niedrig. Gegenwärtig ist die Verbesserung der Schwingungsdichte, der hohen und niedrigen Temperatur sowie der Zyklenstabilität und der Verhältnisleistung von LiNi1 / 3Co1 / 3 Mn1 / 302-Material zu einem Hot Spot bei der Erforschung dieses Materials geworden. Die aus ternärem Material vom Typ 111 hergestellte Leistungszelle weist eine hohe Kapazität, Zirkularität, Vergrößerung, Entladung bei niedriger Temperatur, Ladungserhaltungsfähigkeit und Sicherheitsleistung auf und kann die Anforderungen von EV und HEV für Leistungszellen erfüllen.

LiNi 0,8 Co0,1 Mn 0,102

811 Dieses Material hat aufgrund seines hohen Ni-Gehalts und seines niedrigen Co-Gehalts die Vorteile einer hohen Kapazität und eines niedrigen Preises, es ist jedoch auch schwieriger, die gleiche Stabilität wie das 111-System zu erreichen. Da der Ni-Gehalt zu hoch ist, steigen auch die Herstellungskosten. Dieses Material der Ni-Serie stellt auch hohe Umweltanforderungen an die Herstellung von Batterien. 811 Batterien erfordern die Zusammenarbeit des Hochspannungselektrolyten. Daher steht der Herstellungsprozess von Materialien der Serie 811 im Mittelpunkt der aktuellen Forschung. Derzeit ist 811 ein Material mit hohem Ni-Gehalt, das in Japan und Südkorea wie Sumitomo und anderen Unternehmen in Japan besser verarbeitet wird. Es gibt viele einheimische Hersteller wie Bangpu und Dahua. Die meisten von ihnen befinden sich erst im experimentellen Stadium, und der Umfang der Massenproduktion ist noch nicht festgelegt.

2,4 LiNi 0,6 Co 0,2 Mn0,202

Wenn der Ni-Gehalt umso höher als die Kapazität ist, tritt allmählich die Bedeutung des Materials auf, wenn der Ni-Gehalt mehr als 60% erreicht. Die spezifische Kapazität der ternären Lithiumbatterie aus Nickel-Kobalt-Mangan 622 ist höher als die des Typs 523, die Grammkapazität kann 160 mA Stunden oder mehr erreichen, und selbst bei Hochspannung kann sie 180 mA erreichen, und die Die Verarbeitungsleistung ist gut. Die Entwicklung von 622 Materialtypen steht im Mittelpunkt der aktuellen industriellen Entwicklung und eignet sich auch sehr gut für EV-Batterien mit hoher Energiedichte.

Aktuelle Situation und Entwicklung von Dreiwege-Lithium-Ionen

Auf globaler Ebene machen Lithium-Ionen-Batterien derzeit mehr als 80% des globalen Marktes für Lithium-Ionen-Batterien aus und machen mehr als 81% des Batteriemarktes für Elektrofahrzeuge aus, die eine höhere Leistung und Sicherheit erfordern. Im Gegensatz zum Inlandsmarkt erreichten die Inlandslieferungen von Strombatterien im Jahr 2015 15,7 GWh, von denen Lithiumeisenphosphatbatterien immer noch dominierten und fast 69% des Marktes ausmachten. 27% entfielen auf Batterielieferungen von ternären Materialien. In Bezug auf die weitere Unterteilung werden im Pkw-Bereich die Batterietypen von ternären Materialien dominiert, und die Batterielieferungen erreichen 1,93 GWh. Im Pkw-Bereich ist es hauptsächlich mit Lithium-Eisenphosphat-Batterien ausgestattet, die 84% des Batterievolumens von rein elektrischen Pkw ausmachen [5].

24. Januar dieses Jahres hat das Ministerium für Industrie und Informationstechnologie über die Politik der ternären Batterie "Suspendierungssubvention", obwohl die ternären Lithiumbatterie-Hersteller des ersten Treffers, aber auch diesem Markt bestimmte Einschränkungen auferlegt. Gegenwärtig ist die Qualität ternärer Batterieprodukte in Haushaltsbatteriekraftwerken in der Tat ungleichmäßig. Die Stabilität von ternären Materialien selbst ist schwächer als die von Lithiumeisenphosphat, insbesondere bei komplexen Prozessanforderungen. Aus Sicherheitsgründen regelt diese "Suspendierungs" -Politik auch die Branche und den Markt unter einem bestimmten Gesichtspunkt, was eine bestimmte Notwendigkeit darstellt.

Auf dem Gebiet der lithiumbatterien sind jedoch die Energiedichte, die Niedertemperatureigenschaften, die Leistungseigenschaften und die Hochtemperaturspeichereigenschaften anderen Materialien überlegen, und sie werden sicherlich zu einer nicht zu vernachlässigenden Kraft für Lithiumbatterie-Positivelektrodenmaterialien. Es wird erwartet, dass sein dickes und dünnes Haar!

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