Aktuelle Situationsinterpretation: Kerntechnologie der Power-Lithium-Batterie

Vor einigen Tagen gab es auf der Lithium-Power-Website viele Neuigkeiten aus der heimischen Batterieindustrie. Zunächst tritt der SAIC dem Bereich der Batteriebatterien bei und kooperiert mit Ningde, der zweitbeliebtesten Industrie im Inland, den drittgrößten Energiebatterieunternehmen der Welt. Sie gründeten eine Firma für Power-Batteriesysteme. Es wird gesagt, dass BYD die Abteilung für Energiebatterien aufteilen und für alle Autohersteller liefern wird. Es wird berichtet, dass diese Maßnahme den globalen Markt verändern wird. Das aufeinanderfolgende jährliche Produktions- und Verkaufsvolumen des heimischen Elektroautomarktes hält das erste der Welt seit zwei Jahren. Es wird auf mehr als 1 Million Autos ausgedehnt, was mehr als 50% des weltweiten Marktbesitzes ausmacht. China wird das führende Land auf dem Elektroautomarkt mit Blick auf Amerika. Die wichtigsten Maßnahmen für die Aussicht und Entwicklung der Elektroautoindustrie sind die Verbesserungen der Power-Batterietechnologie.

Die Entwicklung von Elektroautos muss bessere Batterien sein, Batterie als Energie, Leben, Sicherheit und der Preis, ist sehr wichtig für die Entwicklung von reinen Elektrofahrzeugen. Was die Vorteile von Lithium-Ionen-Batterien mit hoher spezifischer Energie und langer Lebensdauer hat, ist derzeit der praktischste Wert der Elektroautobatterie. In Hybridfahrzeugen werden häufig reine Elektrofahrzeuge und Brennstoffzellenfahrzeuge verwendet. Das derzeitige Niveau der kommerziellen Batteriebetriebstechnologie und in den nächsten 10 Jahren wird voraussichtlich das in Abbildung 1 gezeigte Ziel erreichen. Oft sind diese Indikatoren in der tatsächlichen Produktion widersprüchlich. Die Batterieleistung muss die Überlegung abwägen. Das Streben nach einer Verbesserung der Leistung des Batterieelektrodenmaterials, des Elektrolyten, der Leistung der Membranmontagetechnologie zur gleichen Zeit, der Batteriegruppe und der Managementtechnologie der Nachverfolgung ist ebenfalls wichtig. Der Zweck dieses Papiers ist es, Batterien aus der Batteriematerialtechnologie, Design- und Fertigungstechnologie und Batterietechnologie für Lithium-Ionen-Batterien gleichzeitig in Zukunft als Kern der Errungenschaften bei der Entwicklung von Leistungsbatterien zu verwenden!

Diskussion: Power Lithium Battery Core Technologie Entwicklung aktuelle Situation

Abbildung 1 Bestehende Leistungsbatterie und technische Indizes der nächsten 10 Jahre der Entwicklungsziele

1, Lithium-Elektrowerkstofftechnologie

Anodenmaterialien sind

Das System der Anodenmaterialien für Lithium-Ionen-Batterien ist sehr reichhaltig (Abbildung 2). Derzeit ist die Forschung zu Kobaltsäurelithium, Mangansäurelithium, Lithiumeisenphosphat und Lithiumnickel-Mangan-Kobaltanodenmaterialien ausgereift. Kobaltsäurelithiummaterialien mit einer Geschwindigkeit von 200-210 ma · h / g, deren wahre Dichte und Verdichtungsdichte des Blattmaterials die höchsten der Anodenmaterialien sind, können bestehende handelsübliche Kobaltsäurelithium / Graphit-Ladespannungssysteme mit einer Verbesserung von 4,40 V bereits erfüllen Smartphones und Tablets für eine hohe Volumenenergiedichte der Softpack-Anforderungen des Akkus. Mangansäurelithiummaterialien mit geringen Kosten, einfachem Herstellungsverfahren, hoher thermischer Stabilität, guter Überladungsbeständigkeit, Plattform mit hoher Entladespannung und hoher Sicherheit. Geeignet für niedrige Kosten für leichte Batterien von Elektrofahrzeugen, aber die Kapazität der Existenztheorie ist gering. Der Zyklus kann ein Manganelement im Prozess von Auflösungsproblemen sein, die die Lebensdauer der Batterie in einer Hochtemperaturumgebung beeinflussen. Inländische Mangansäurelithiummaterialien, die hauptsächlich zur Deckung der Nachfrage auf dem Markt für mobile Stromversorgung, Elektrowerkzeuge und Elektrofahrräder dienen, müssen sich im Trend der Entwicklung des unteren Bereichs befinden. Gleitende ternäre laminierte Batterieanodenmaterialien werden hauptsächlich im Leistungstyp verwendet, mit der Ausnahme, dass alle ein Drittel des Nickel, Kobalt, Mangan LiNi1 / 3 co1 / 3 mn1 / 3 O2 bei der Anwendung von Leistungsbatterien relativ ausgereift sind, hohe Kapazität von LiNi0.5 Co0.2 Mn0.3 O2 ist ebenfalls in die Chargenanwendung eingetreten, allgemein gemischt mit Mangansäurelithium wird in Elektrofahrzeugbatterien angewendet. Mit Nickel-Aluminium dotierte Lithium-Kobaltoxid (NCA) -Energiedichte kann nahe an Hochspannungs-Kobalt-Säure-lithium-batterien liegen. In den letzten Jahren hat der Elektroautohersteller Tesla diesen Computer zum Antrieb von Batterien für Elektrofahrzeuge verwendet Die Herstellung von Autobatterien, inländische NCA-Vorläufer hat eine stabile Produktionskapazität gebildet, die Weiterentwicklung des Unternehmens hat das NCA-Kathodenmaterial im Prozess der Produktwerbung vervollständigt. Lithium-Eisenphosphat-Batterien hohe Sicherheit, lange Lebensdauer, die Leistung der Nanomaterialien und die schnelle Entwicklung von Ferromangan-Lithiumphosphat-Materialien mit hoher Dichte, hoher Energie und hoher Leistung Materialleistung stabil, weiter senken die Kosten, erfüllen die Nachfrage des Haushalts Markt Schritt für Schritt und die Bedürfnisse der gegenwärtigen Stufe von Chinas neuen Energieautos, Spinell Lithium Nickel Mangansäure Hochspannung und Hochspannungsverhältnis Kapazität reiches Lithium Mangan Anodenmaterial ist noch in der Entwicklung.

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Abbildung 2 Lithium-Ionen-Batterieelektrodenmaterialsystem

Anodenmaterialien

Kann verwendet werden, um Batterieanodenmaterialien mit Graphit, Hart- / Weichkohlenstoff- und Legierungsmaterial zu versorgen. Graphitanodenmaterialien sind weit verbreitet. Die reversible Kapazität kann 360 mAh / g erreichen. Amorpher weicher oder harter Kohlenstoff kann die Batterie bei Anwendungen mit hoher Geschwindigkeit und niedriger Temperatur treffen, beginnt mit der Anwendung, wird jedoch hauptsächlich mit der Anwendung von Graphit gemischt. Auf Anodenmaterialien für Lithiumtitanat hat das optimale Verhältnis von Leistung und Zyklusleistung, geeignet für Großstrom-Schnellladebatterien, aber die Herstellung von Batterien mit niedriger spezifischer Energie und hohen Kosten. In den 90er Jahren wurde Nano-Silica eingeführt, das für Anoden mit hoher Kapazität verwendet werden kann. Eine kleine Menge Nano-Silicium-Dotierung zur Verbesserung der Kapazität von Kohlenstoff-Anodenmaterialien ist ein Hotspot der aktuellen Forschung und Entwicklung, bei der eine kleine Menge Nano-Silicium oder Silicium hinzugefügt wird Oxidanodenmaterialien haben begonnen, in die Kleinserienanwendungsstufe einzutreten, die reversible Kapazität von 450 ma · h / g. Aufgrund von Lithium, das nach seiner Volumenexpansion in Silizium eingebettet ist, verringert die Zykluslebensdauer bei tatsächlichem Gebrauch die zu lösenden Probleme.

Der Elektrolyt

Lithium-Ionen-Batterieelektrolyt mit hoher Dielektrizitätskonstante, üblicherweise Ringcarbonat mit linearer Carbonatmischung mit niedriger Dielektrizitätskonstante. Im Allgemeinen sollten die Elektrolyte der Lithiumionenbatterie eine hohe Ionenleitfähigkeit (10-3 ~ 10-2 s / cm), eine niedrige elektronische Leitfähigkeit, ein breites elektrochemisches Fenster (0 ~ 5 v) und eine thermische Stabilität (- 40 ~ 60 ℃) aufweisen. und andere Anforderungen. Sechs Fluoridphosphatlithium und anderes Lithiumsalz, Lösungsmittelraffinierung, neue Elektrolytherstellung, Funktionsadditivtechnologie schreiten weiter voran, es ist die Entwicklungsrichtung der weiteren Verbesserung seiner Arbeitsspannung und der Hoch- und Niedertemperaturleistung, Verbesserung des batteriesicheren ionischen Flüssigelektrolyten und Festelektrolyt wird entwickelt.

Das Zwerchfell

Mikroporöse Polyolefinmembranen sind aufgrund ihrer hervorragenden mechanischen Eigenschaften, ihrer guten elektrochemischen Stabilität und der Eigenschaft der relativ billigen Hauptvarianten auf dem Markt für Lithium-Ionen-Batteriemembranen [7]. Einschließlich Polyethylen (PE) -Monoschichtfilm, Polypropylen (PP) -Monoschichtfilm und PP / PE / PP dreischichtige mikroporöse Verbundmembran. Durch die Verwendung von Trockenprozessen bei einheimischen Herstellern kann die PE-Nassprozessmembran mehr Unternehmen in Massenproduktion produzieren. Mit der Keramikbeschichtungstechnologie wird die Beständigkeit der Membran gegenüber hohen Temperaturen und hohen Spannungen zur zukünftigen Forschungsrichtung.

2, Monomerbatterietechnologie

Das grundlegende Design der Lithium-Ionen-Batterien, die noch bei der Firma SONY erhältlich sind, hat 1989 eine Patentanmeldung veröffentlicht. Die Form des Monomers besteht aus einer zylindrischen, rechteckigen Metallhülle (Aluminium / Stahl) und einem quadratischen weichen Gehäuse in zylindrischer Massenbatterie wird hauptsächlich in Notebooks verwendet, tesla jetzt Unternehmen wie Auswahl von 18650 zylindrischen Batterien für Elektroautos. Die durchschnittliche Menge der quadratischen Zellen ist größer, die Batterien nach Volumen rao, Z laminiert, Wicklungskaschierung, die anodenbeschichteten laminierten, laminierten Wicklungsverfahren wie die Herstellung. zylinderbatterien, die ausgereifteste Technologie, die Herstellungskosten sind niedrig, aber die Fähigkeit zur Kühlung großer zylindrischer Batterien ist schlechter, daher wählen Sie im Allgemeinen kleine zylindrische Batterien. Kfz-Batteriekapazität groß, Zellennummer, Managementsystem ist komplizierter und teurer. Die Wicklungsstruktur der quadratischen Batterie im Produktionsprozess ist relativ einfach, aber für die am besten geeignete Batterie für weiche Folien ist die Verwendung von Lithium-Eisenphosphat-Batterien mit Ausnahme von Spinellkathodenmaterial und ternärem Material verfügbar. Hochzuverlässige, langlebige Faltbatterien, die für alle Arten von Materialsystemen geeignet sind, allgemeine Volt-Plug-in-Hybridautos und Nissan Leaf-Elektroautobatterien werden im Laminierungsverfahren hergestellt. Bis 2015 hat die Lithiumeisenphosphat-Monomer-Batterie mehr als 140 W. h / kg, ternäres Material gemischte Lithiummangansäuremonomer-Batterieenergie als 180 w. h / kg, verwenden Sie die kleine zylindrische NCA-Batterie als bei internationaler Energie 240 W. h / kg wird die Energie der Lithium-Ionen-Monomer-Batterie in den nächsten Jahren weiter ansteigen und im Jahr 2020 auf maximal 300 W erwartet. h / kg.

3, Batteriesystemtechnik

Unter dem Gesichtspunkt der Kommerzialisierung des Lithium-Ionen-Batteriesystems werden die wichtigsten Kerntechnologien einschließlich der Batteriegruppentechnologie (integrierte Zellgruppe, Wärmemanagement, Kollisionssicherheit, elektrische Sicherheit usw.), des Batteriemanagementsystems (BMS) und der genauen Messung von die Technologie der elektromagnetischen Verträglichkeit, die Signaltechnologie (wie Monomerspannung, Strom usw.), die Schätzung des Batteriezustands, die Technologie zur Steuerung des Batterieausgleichs usw.

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Abbildung 3: Einfaches Diagramm des Batteriesystems

Das BMS und das Batteriesystem anderer wichtiger Kernkomponenten, einschließlich Sensor, Steuerung, Aktuator und anderer Komponenten, werden im Wesentlichen von der Monopolmacht der Automobilelektroniktechnologie (Deutschland und Japan, USA) übernommen. Der derzeitige Teil des Unternehmens im Inland hat erfolgreich intelligente Stromzähler entwickelt , Strom, Spannung, Isolationssensor kann im Ausland ersetzen. Die Beeinflussung der Popularisierung und Anwendung des Elektroautos ist neben der Sicherheit der Batterieontologie, der Lebensdauer und der weiteren Verbesserung der Konsistenz, der modularen Technologie und der Batteriegruppentechnologie (integrierte Zelle) der Hauptfaktor für die Sicherheit und die Nutzungskosten von Lithium-Ionen-Batterien Gruppe, Wärmemanagement, Kollisionssicherheit, elektrische Sicherheit usw.) hat auch eine offensichtlichere Lücke zu fremden. Internationale Autobatterie-Gruppentechnologie ist derzeit relativ ausgereift, inländische Forschungsinstitute in BMS die genaue Messung der elektromagnetischen Verträglichkeitstechnologie, Signaltechnologie, Batteriezustandsschätzung, Batterieausgleichssteuerungstechnologie usw., um eine gründliche Forschung durchzuführen.

Forschung und Entwicklung im Bereich der Schlüsseltechnologie, einschließlich des umfassenden elektrochemischen Batteriemodells für das elektrische Batteriemanagement, des Entwurfs der elektrischen Sicherheit, der Zustandsschätzung, des ausgewogenen Managements, der Fehlerdiagnose und -kalibrierung sowie des Lademanagements usw. Die Schlüsseltechnologien und die Systementwicklung für das Wärmemanagement der Batterie sollten gemäß dem Struktur des Batteriepacks und thermische Berechnung und Analyse der Batterieproduktion, Erforschung verschiedener Wärmemanagementtechnologien des Kühltemperatureffekts, niedrige Kosten, einfache Bedienung, Sicherheit und Zuverlässigkeit des Wärmemanagement-Kühlschemas der Batterie. Die leichte Gewichtung der Wurzelzellstruktur muss das Batteriesystem und die zugehörige Struktur als Forschungsobjekt unter Berücksichtigung der gegenseitigen Kopplung zwischen Merkmalen aus zwei Aspekten der Optimierung des strukturellen Designs und der Materialauswahl für die Strukturvibrationsbeständigkeit, die Schlagfestigkeit und das leichte integrierte Optimierungsdesign des Schlüsseltechnologieforschung. Die Verknüpfung mit dem Teilematerial, dem Konstruktionsdesign und dem Konstruktionsschema wird optimiert, die Batteriesicherheit in elektrischer, mechanischer und thermischer Sicherheit auf der Grundlage der Forschung zur Sicherheit des Gesamtsystemschemas des Batteriesystems, für die Batterievorhersage, frühzeitige Überwachung der thermischen Sicherheit Warnsystem zur Fehlerdiagnose sowie zur Verhinderung und Steuerung von Schlüsseltechnologien.

4, suchen

In der Zukunft sind Lithium-Ionen-Batterien nach wie vor die am besten geeigneten Batterien für Elektroautos, Lithium-Mangansäure-Anodenmaterialien, das ternäre System des Anodenmaterials, Lithium-Eisenphosphat-Kathodenmaterial, Kohlenstoff-Anoden-Verbundmaterialien, Keramikbeschichtungsmembranen und Elektrolyte Salze und funktionelle Elektrolyttechnologie zur Unterstützung der Entwicklung des Batterietechnologiefortschritts und der industriellen Entwicklung. Batteriesystemtechnik im Anwendungsfortschritt, Sicherheit und Zuverlässigkeit werden in den kommenden Jahren weiter verbessert.

Die Erforschung des Lithium-Ionen-Batteriemodells und die Beziehung zwischen Modell und Parameter, die Eigenschaften des Akkus, die ausgewogene Strategie eines effizienten lithium-ionen-akkus mit hoher Kapazität, das Monomerbatteriemodell zum Laden und Entladen von Monomeren und die Temperaturfeldanalyse des Akkupacks Forschungsmethoden und Steuerung, Optimierungsmethode für Schnellladebatterien werden durchgeführt. Das Leistungsbatteriesystem sollte basierend auf dem Produkt neu gestaltet und das Design entsprechend den Anforderungen des zukünftigen Herstellungsmodus für Kraftbatterien für Kraftfahrzeuge aktualisiert werden. Arbeiten Sie hart an der Basis von Batteriematerialien, Batterieherstellungstechnologie und -systemen in der gesamten Industriekette, verbessern Sie die Produktqualität, senken Sie die Kosten für die Massenproduktion und fördern Sie die Wettbewerbsfähigkeit der Branche.

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