Die Entwicklungsperspektiven der Schnellladetechnologie

Bei der Verwendung von Elektrofahrzeugen sind die Verbraucher am meisten besorgt über die Ladezeit und die Reichweite. Unter dem gegenwärtigen technischen Niveau sind Ladezeit und Reichweite schwer zu erreichen, daher hat die Leistungsbatterie zwei Routen entwickelt, eine. Es ist die spezifische Energieklasse, die sich auf die Reichweite konzentriert, hauptsächlich durch kontinuierliche Erhöhung der spezifischen Energie des Lithiums. Ionenbatterie, wodurch die Reichweite des Elektrofahrzeugs erhöht wird. Die zweite besteht darin, sich auf die Verkürzung der Ladezeit zu konzentrieren, hauptsächlich durch die Verbesserung des lithium-ionen-akkus. Schnelle Ladeleistung, Verkürzung der Ladezeit von Elektrofahrzeugen. Mit dem Fortschritt der Technologie und der eingehenden Forschung an Lithiumbatteriematerialien können die Probleme, die bei der Schnellladetechnologie aufgetreten sind, einzeln gelöst werden.

Erstens, wie man die Schnellladung versteht?

Um das schnelle Laden zu verstehen, kann sich ein Fachbegriff nicht entziehen - Lade- und Entladerate C kann einfach als Lade- und Entladerate verstanden werden. Die Lade- / Entladerate einer Lithium-Ionen-Batterie bestimmt, wie schnell wir eine bestimmte Energiemenge in der Batterie speichern können oder wie schnell die Energie in der Batterie freigesetzt wird.

Gemäß der neuen Subventionspolitik für Energiefahrzeuge von 2018 beträgt die Laderate weniger als 3 ° C, was zum reinen Elektrobus der Nicht-Schnellladeklasse gehört. Die Laderate ist höher als (einschließlich) 3C, was zum reinen Elektrobus vom Schnellladetyp gehört. Die Subventionsabteilung der Schnellladung gilt jedoch nur für neue Energiebusse, keine Personenkraftwagen und Logistikfahrzeuge.

Gemäß der Definition der Industrie und der Ningde-Ära bezieht sich das Schnellladen von Elektrofahrzeugen auf die Lademethode mit einem Ladestrom von mehr als 1,6 ° C, dh der Technologie von 0% Laden bis 80% Zeit weniger als 30 Minuten. Der Autor äußerte umfassend die Meinung, dass die Laderate beim langsamen Laden weniger als 1,6 ° C, beim kleinen schnellen Laden 1,6 ° C bis 3 ° C und beim schnellen Laden weniger als 3 ° C beträgt. Die meisten elektrischen Personenkraftwagen können eine "kleine Schnellladung" erreichen, und die Laderate von Schnellladebussen konzentriert sich hauptsächlich auf 3C-5C.

Wenn wir die Lithium-Ionen-Batterie mit einem Schaukelstuhl vergleichen, sind die beiden Enden des Schaukelstuhls die beiden Pole der Batterie, und die Lithium-Ionen-Batterie ist wie ein ausgezeichneter Sportler, der an beiden Enden des Schaukelstuhls hin und her läuft. Beim Laden werden Lithiumionen an der positiven Elektrode der Batterie erzeugt, und die erzeugten Lithiumionen bewegen sich durch den Elektrolyten zur negativen Elektrode. Der Kohlenstoff als negative Elektrode hat eine Schichtstruktur und viele Mikroporen zum Interkalieren von Lithiumionen, die die negative Elektrode erreichen. Je mehr Lithiumionen eingebettet sind, desto höher ist die Ladekapazität.

Zum Zeitpunkt des schnellen Ladens müssen Lithiumionen beschleunigt werden, um sofort in die negative Elektrode eingebettet zu werden. Dies ist sehr schwierig für die Fähigkeit der negativen Elektrode, schnell Lithiumionen aufzunehmen. In der Batterie des allgemeinen chemischen Systems treten beim schnellen Laden Nebenprodukte in der negativen Elektrode auf, was den Zyklus und die Stabilität der Batterie beeinflusst. Man kann sagen, dass Energiedichte und Leistungsdichte die beiden Richtungen in derselben Batterie sind.

Unabhängig davon, ob es sich um eine nationale Politikorientierung oder ein technologisches Layout für Unternehmen handelt, wird im Allgemeinen das Streben nach einer hohen Energiedichte verfolgt. Wenn die Energiedichte der Leistungsbatterie hoch genug ist, ist die Ladung eines Autos groß genug, um die sogenannte "Kilometerangst" zu vermeiden, und der Bedarf an schnellem Laden wird verringert. Die Leistung ist jedoch groß und es ist schwierig, vom Markt akzeptiert zu werden, wenn die Kosten nicht sinken. Wenn Sie also die Batteriekosten mit einer praktischen Ladekapazität + einer anwendbaren Reichweite steuern können, können Sie die Angst der Benutzer erheblich lindern, sodass das schnelle Laden einen Wert hat.

Zweitens die Anwendung von Schnellladeanwendungen für verschiedene Technologierouten

Die Ladegeschwindigkeit hängt eng mit den allgemeinen technischen und konstruktiven Anforderungen von Strombatterien, Ladestapeln, Elektrofahrzeugen und Stromnetzen zusammen. Der größte Faktor ist die Batterie. Wir werden speziell die Anwendungstrends verschiedener Arten von Leistungsbatterien in Richtung Schnellladetechnologie diskutieren. Fast alle Arten von positiven Elektrodenmaterialien können zur Herstellung von schnell füllenden Batterien verwendet werden, aber ihre Eignung und Vorteile sind unterschiedlich.

1, ternäre Schnellladebatterie ist besser für elektrische Personenkraftwagen geeignet

Die ternäre Batterie wird aufgrund ihrer höheren Energiedichte mehr geschätzt. Das Material selbst hat eine ausgezeichnete elektrische Leitfähigkeit, aber die Reaktivität ist zu hoch, was eine große Herausforderung für die Sicherheit beim schnellen Laden darstellt.

Die repräsentativen Unternehmen des ternären Batterie-Schnellladesystems sind Ningde-Ära, Bick und so weiter. Die Ningde-Ära entwickelte die "supraleitende Subnetz" - und "Fast-Ion-Ring" -Technologie, mit der eine SOC-Aufladung von 5% bis 85% in 15 Minuten, eine Energiedichte von 190 Wh / kg und eine mehr als 2500-fache Lebensdauer erreicht werden kann. Das Hauptanwendungsgebiet ist der Passagier. Das Auto wird voraussichtlich 2018 die Kapazität für die Massenproduktion haben.

Der neueste 3.0-Hochenergiekern, der von BAK im Mai dieses Jahres durch die Einführung von Anodenmaterialien auf Siliziumbasis, Kathodenmaterialien mit hohem Nickelgehalt und speziell entwickelten Elektrolyten eingeführt wurde, hat eine Energiedichte von fast 250 Wh / kg, die erreicht werden kann eine lange Reichweite von 500 km. Durch das Design der Ladestrategie wird die Ladezeit effektiv verkürzt und die Ladeeffizienz verbessert. Im extremen Notfallmodus können Sie in 10 Minuten 60 Kilometer fahren.

Entsprechend den Nutzungsgewohnheiten des Kraftstofffahrzeugs muss die Ladezeit innerhalb von 10 bis 20 Minuten vollständig aufgeladen werden, und die Ladevergrößerung muss mindestens 3 bis 6 ° C betragen. Gegenwärtig werden die meisten reinen elektrischen Personenkraftwagen auf dem Markt in einer halben bis einer Stunde zu 80% mit Strom gefüllt. Die Ladezeit hat sich in den letzten zwei oder drei Stunden stark erhöht, und es wird erwartet, dass sie in Zukunft weiter auf 20 Minuten komprimiert wird.

2, Lithiumeisenphosphat-Schnellladepassagiere sind verfügbar

Lithiumeisenphosphat hat im Bereich der Schnellladung keine inhärenten Vorteile. Aus materieller Sicht ist die intrinsische Leitfähigkeit von Lithiumeisenphosphatmaterial relativ gering, nur ein Prozent des ternären Materials, und es ist notwendig, die Leitfähigkeit von Lithiumeisenphosphatmaterial zu optimieren, um den Anforderungen einer schnellen Aufladung gerecht zu werden. Die Materialkosten für Lithiumeisenphosphat sind jedoch relativ gering. Es kombiniert einen ausgereiften technischen Hintergrund mit einer stabilen Produktleistung und bietet eine breite Anwendungsperspektive. Repräsentative Unternehmen sind Ningde-Ära, Waterma und so weiter.

Lithiumeisenphosphat ist durch die äußerste Grenze der theoretischen Energiedichte begrenzt und hat in Zukunft nicht viel Raum für Energiedichte. Für Nutzfahrzeuge wie Personenkraftwagen, Logistikfahrzeuge und Spezialfahrzeuge wurde jedoch das Lithiumeisenphosphat-System übernommen, und die Verbesserung der Energiedichte ist nicht erforderlich, und das schnelle Laden wird immer wichtiger.

3. Die Lithium-Manganat-Batterie ist für den Plug-in-Hybridbus geeignet

Die Lithium-Manganat-Batterie weist die Eigenschaften Leistung, Entladungsrate, Niedertemperaturleistung, Hochspannungsfrequenz auf, und der Kostenvorteil von Lithium-Manganat wird allmählich unter dem Wahnsinn der Rohstoffe im ternären Upstream hervorgehoben. Es besteht jedoch immer noch ein Verbesserungsbedarf hinsichtlich der Energiedichte und der Hochtemperaturleistung. In den letzten Jahren haben Lithium-Manganat-Schnellladebatterien im Bereich der Plug-in-Hybridbusse, zu denen Unternehmen wie CITIC Guoan Mengli, Yipeng New Energy und Weihong Power gehören, einen deutlichen Anstieg verzeichnet.

Die Lithium-Manganat-Batterie weist jedoch unter Hochtemperaturbedingungen eine schlechte Zyklusleistung auf, und die Hochtemperaturleistung der Lithium-Manganat-Batterie kann durch die Dotierung mit positiver Elektrode verbessert werden, aber das modifizierte Lithium-Manganat-Material ist nicht das "ursprüngliche Lithium-Manganat". In der Industrie werden üblicherweise „Mehrkomponenten-Verbundwerkstoffe“ verwendet. Die positive Elektrode nimmt ein ternäres Material und ein gemischtes Lithiummanganat-System an, und die negative Elektrode verwendet einen porösen Verbundkohlenstoff, um die Leistung des schnellen Ladens weiter zu verbessern, aber die Sicherheit muss noch fokussiert und kontinuierlich verbessert werden.

4, Lithium-Titanat-Schnellladebatterie für reinen Elektrobus

Die Lithiumtitanat-Leistungsbatterie ist nach dem Anodenmaterial benannt, und die positive Elektrode besteht aus ternärem Material. Zhuhai Yinlong, Weihong Power und Tianjin Jiewei sind typische Unternehmen. Unter dem Gesichtspunkt der Leistung weist die Lithiumtitanatbatterie eine überlegene Niedertemperaturleistung, Sicherheits- und Recyclingleistung auf und wurde von der Industrie als die Ratenleistung der Schnellladebatterie anerkannt. Die derzeit noch offenen Probleme von Lithiumtitanat haben jedoch zwei Punkte: Erstens ist die Energiedichte relativ niedrig. Unter dem Druck der Politik und der Marktnachfrage nach zunehmender Energiedichte macht der derzeitige Marktanteil von Lithiumtitanat den gesamten Markt für Strombatterien aus. Zweitens sind die Kosten für lithiumtitanat-batterien aufgrund der Auswirkungen teurer kleiner Metallmaterialien wie Titan, Nickel und Kobalt erheblich höher als bei anderen Systemen.

lithiumtitanat-batterien haben eine wesentlich bessere Lebensdauer als andere Systeme von Schnellfüllbatterien, die durch die Art des Materials selbst bestimmt werden, dh "keine Dehnung". Der Nachteil liegt jedoch auf der Hand, die Energiedichte ist gering und die Energiedichte beträgt nur etwa die Hälfte des ternären Systems. Darüber hinaus ist der Preis zu hoch, und die meisten von ihnen werden derzeit in Schnellladebussen eingesetzt. Es ist dringend erforderlich, Kathodenmaterialien mit höherer Spannung und passende Elektrolyte zu suchen, um diesen Defekt zu beheben.

5, schnell neue Richtung füllen - Titan Nioboxid Anodenmaterial

Titan-Strontiumoxid wird auf Basis von Lithiumtitanat entwickelt. Der Hauptvorteil besteht darin, dass die theoretische Kapazität von Titanstrontiumoxid etwa 280 mAh / g beträgt, bezogen auf die theoretische Kapazität von Lithiumtitanat 175 mAh / g.

Im Oktober 2017 gab Toshiba offiziell bekannt, dass es erfolgreich eine neue Generation von lithium-ionen-batterien für Fahrzeuge entwickelt hat, die voraussichtlich 2019 im Handel erhältlich sein wird. Die Batterie verwendet Titan-Wismutoxid-Material, was im Vergleich zu aktuellen Technologien einen subversiven Fortschritt darstellt wie ternäres und Lithiumeisenphosphat. Der neue Akku bietet die Vorteile einer hohen Energiedichte und einer schnellen Ladeeffizienz. Es kann in nur 6 Minuten Ladezeit 90% des Stroms erreichen und 320 Kilometer zurücklegen. Derzeit benötigen Lithiumbatterien durchschnittlich 30 Minuten, um bis zu 80% aufzuladen.

Darüber hinaus war das Konzept der "Graphenbatterie" heiß, aber es gibt Kontroversen in der Branche. Bei der Anwendung von Lithiumbatterien wird Graphen hauptsächlich als negativ aktives Material und als leitfähiges Additiv verwendet. In Bezug auf die Schnellladekapazität kann die Verwendung von Graphen als leitfähiges Mittel oder die Beschichtung von Lithiumeisenphosphat / ternärem Lithiummaterial mit Graphen einen besseren Schnellladungseffekt erzielen. Die Indikatoren wie umfassende Kosten- und Prozessschwierigkeiten sind jedoch immer noch sehr herausfordernd.

Drittens schnell aufladende Produktmarktaussichten

Hohe Energiedichte, schnelles Laden und niedriger Preis sind die idealen Akkuprodukte, die Benutzer am meisten erwarten. "Fisch und Bärentatze können jedoch nicht beides haben". Unter dem bestehenden Lithium-Ionen-Batteriesystem sind die fünf wichtigsten Indizes der Leistungsbatterie, wie z. B. Ratenleistung, Energiedichte, Lebensdauer, Sicherheit und Preis, in einer relativ stabilen Radarkarte festgelegt. Um einen Indikator zu verbessern, gehen im Inneren andere Indikatoren relativ verloren.

Derzeit werden schnell geladene Batterien hauptsächlich in neuen Energiebussen eingesetzt. Städte oder Einheiten mit relativer finanzieller Unterstützung sind aufgrund ihrer hohen Selektivität für Städte und Zielgruppen in der Regel schnell gefüllte Batteriebusse. Aus Sicht des Marktentwicklungspotenzials werden jedoch die Wachstumsrate und Marktgröße von Personenkraftwagen und speziellen Logistikfahrzeugen künftig höher sein als die von Personenkraftwagen. Daher wird sich die Verbrauchsstruktur von schnell gefüllten Leistungsbatterien in Zukunft auf diese beiden Fahrzeugtypen verlagern.

Nach Angaben der Batterie China betrug die Leistung von Pkw mit schneller Befüllung in China im Jahr 2017 6.486, und die installierte Kapazität der Batterien erreichte 597,52 MWh, was 6% der Gesamtzahl der neuen Energiebusse entspricht. Darunter liegt die Laderate von Pkw mit schneller Befüllung bei bis zu 6,42 ° C. Die Leistung des 3C-5C-Modells beträgt 4.771 Einheiten, und die installierte Kapazität des Akkus beträgt 480,68 MWh. Die Leistung des 5C-10C-Modells beträgt 1.715 Einheiten, und die installierte Kapazität des Akkus beträgt 116,84 MWh. Gegenwärtig konzentriert sich die Schnellladerate von Personenkraftwagen mit schneller Befüllung hauptsächlich auf 3C-5C. Aus Sicht des Batterietyps besteht das Batteriematerial des schnell füllenden Personenkraftwagens im Jahr 2017 hauptsächlich aus Lithiumtitanat, und die installierte Kapazität beträgt 571,54 MWh, was 95,65% entspricht.

Gemäß den vier Arten von Batteriebatterien im Jahr 2017 werden 1,54 GWh Lithiummanganat für Plug-in-Hybridfahrzeuge verwendet, die teilweise die Anforderungen einer kleinen Schnellladung erfüllen, und der ternäre Batterieteil mit 16 GWh erfüllt die Anforderungen einer kleinen Schnellladung. Insgesamt ist die ternäre Schnellladebatterie für Personenkraftwagen geeignet, Lithiumeisenphosphat, Lithiumtitanat und andere Schnellladebatterien sind für Personenkraftwagen geeignet. Lithium-Manganat-Schnellladebatterien eignen sich für Plug-in-Hybridautos, Titan-Wismutoxid oder neue Schnellladebatterien.

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