Vor- und Nachteile von zwei Arten von Lithiumbatterien

Lithiumbatterien werden normalerweise in zwei Kategorien unterteilt:

Lithiummetallbatterie: Eine Lithiummetallbatterie ist im Allgemeinen eine Batterie, die Mangandioxid als positives Elektrodenmaterial, metallisches Lithium oder ein Legierungsmetall davon als negatives Elektrodenmaterial und eine nichtwässrige Elektrolytlösung verwendet.

Lithium-Ionen-Batterie: Eine Lithium-Ionen-Batterie ist im Allgemeinen eine Batterie, die ein Lithiumlegierungsmetalloxid als positives Elektrodenmaterial, Graphit als negatives Elektrodenmaterial und einen nichtwässrigen Elektrolyten verwendet.

Obwohl die Lithiummetallbatterie eine hohe Energiedichte aufweist, kann sie theoretisch 3.860 Watt / kg erreichen. Da es jedoch nicht stabil genug ist und nicht aufgeladen werden kann, kann es nicht als Akku für den wiederholten Gebrauch verwendet werden. lithium-ionen-batterien wurden aufgrund ihrer Fähigkeit, wiederholt aufgeladen zu werden, als Hauptbatterien entwickelt. Aufgrund seiner Kombination mit verschiedenen Elementen variiert die Zusammensetzung des Kathodenmaterials jedoch in verschiedenen Aspekten stark, was zu einer Zunahme der Streitigkeiten der Industrie über den Weg des Kathodenmaterials führt.

Im Allgemeinen sind die am häufigsten verwendeten Leistungsbatterien Lithiumeisenphosphatbatterien, Lithiummanganatbatterien, lithiumkobaltoxidbatterien und ternäre Lithiumbatterien (ternäres Nickelkobaltmangan).

Alle oben genannten Batterietypen haben Vor- und Nachteile, grob zusammengefasst als:

Lithiumeisenphosphat:

Vorteile: lange Lebensdauer, hohe Lade- und Entladerate, gute Sicherheit, hohe Temperatur, harmlose Elemente und niedrige Kosten.

Nachteile: geringe Energiedichte und geringe Abgriffdichte (Schüttdichte).

Ternäres Lithium:

Vorteile: hohe Energiedichte und hohe Abgriffdichte.

Nachteile: schlechte Sicherheit, schlechte Hochtemperaturbeständigkeit, schlechte Lebensdauer, schlechte Leistungsentladung und toxische Elemente (die Temperatur der ternären Lithiumbatterie steigt nach dem Laden und Entladen stark an und der Sauerstoff wird nach hohen Temperaturen leicht verbrannt).

lithiummanganoxid:

Vorteile: hohe Abgriffdichte und niedrige Kosten.

Nachteile: Schlechte Temperaturbeständigkeit, Lithiumcitrat-Temperatur steigt nach längerer Verwendung stark an, Batterielebensdauer wird stark verkürzt (wie z. B. Nissan Elektroauto LEAF).

Lithiumcobaltat:

Normalerweise in 3C-Produkten verwendet, ist die Sicherheit sehr schlecht und nicht für Akkus geeignet.

Theoretisch sollten die Batterien, die wir benötigen, eine hohe Energiedichte, eine hohe Schüttdichte, eine gute Sicherheit, eine hohe Temperatur- und Niedertemperaturbeständigkeit, eine lange Lebensdauer, ungiftig und harmlos, eine hohe Leistung beim Laden und Entladen, alle Vorteile der Integration und niedrige Kosten aufweisen . Derzeit gibt es jedoch keine solche Batterie, so dass ein Kompromiss zwischen den Vor- und Nachteilen verschiedener Batterietypen besteht. Darüber hinaus haben unterschiedliche Elektrofahrzeuge unterschiedliche Bedarfspunkte für Batterien, sodass wir die Wahl der Batterierouten nur bei der langfristigen Beurteilung von Elektrofahrzeugen richtig beurteilen können.

Vorteile der Lithiumeisenphosphatbatterie

Hier müssen wir zu den beiden vorhergehenden Artikeln zurückkehren. Wir haben analysiert, dass die Zukunft von Elektrofahrzeugen auf schnell aufladbaren Elektrofahrzeugen mit geringer Kilometerleistung basieren sollte. Derzeit benötigt das Familienauto eine langlebige Dual-Mode-Hybridleistung sowie das langlebige reine Elektroauto auf dem Busmarkt. Also, welche Art von Batterie braucht dieses Auto?

Erstens Sicherheit

Sicherheit ist vor allem eine Voraussetzung für Autos. Im Gegensatz zu Autos und Computern können Autos bei hohen Geschwindigkeiten auf viele unvorhersehbare Faktoren stoßen, wie z. B. Quetschen der Batterie und Stöße durch Autounfälle. Jeder ungünstige Faktor kann zur Zerstörung eines Autos führen. Wir können sehen, dass einige alte Motorroller minderwertige Blei-Säure-Batterien verwenden, es überhaupt keine Sicherheit gibt und die Fälle von Selbstentzündung und Schlagbrand der Batterien im Überfluss vorhanden sind. Ein weiteres Beispiel ist Teslas fast einjähriger ununterbrochener Brandereignis, obwohl das Sicherheitsdesign von Tesla kein Opfer hatte. Gleichzeitig müssen wir aber auch sehen, dass es sich bei diesen Vorfällen um sehr geringfügige Kollisionen handelt. Die Kollision selbst ist nicht schädlich für das Auto und die Menschen, aber die Batterie brennt. Was ist, wenn es sich um einen schwereren Unfall handelt?

Zweitens hohe Entladungslebensdauer

Gewöhnliche Autos halten Jahrzehnte, und die Batterie eines Elektroautos benötigt in 10 Jahren mindestens 3.000 Zyklen. Als relativ teures Bauteil ist es sehr wichtig, dass die Lebensdauer dem Auto entspricht. Es ist notwendig, die Leistung des Fahrzeugs und die Interessen des Eigentümers sicherzustellen, um dem Markt zu nützen. Derzeit haben die Elektrofahrzeuge der weltweiten Automobilhersteller, nur BYD "Qin" im vergangenen Jahr gelistet, die Batterielebensdauergarantie erreicht.

Die Lebensdauer der Batterie ist auch die Lebensdauer, nicht die Zahl, die durch die einfachen Batterieparameter angegeben wird. Die Zykluslebensdauer der Batterie hängt eng mit dem Zykluszustand der Batterie zusammen, wie z. B. Entladerate, Laderate, Temperatur und dergleichen. Normalerweise wird die aus den Batterielabordaten erhaltene Zykluslebensdauer bei einer konstanten Lade- und Entladerate von 0,3 ° C bei einer konstanten Temperatur von 20 Grad erhalten. Während des tatsächlichen Gebrauchs des Autos sind jedoch die Vergrößerung und die Temperatur nicht konstant. Aus diesem Grund ist die Lebensdauer im Allgemeinen weitaus geringer als der vom Hersteller angegebene Grund, unabhängig davon, ob es sich um ein Notebook, ein Mobiltelefon oder eine Batterie eines Batterieautos handelt. Die rein elektrischen und langlebigen Dual-Mode-Hybridfahrzeuge mit mittlerer und kleiner Laufleistung haben, da sie weniger Batterien haben, höhere Entladungsanforderungen und einen größeren Einfluss auf die Lebensdauer.

Beispielsweise hat eine Lithiumeisenphosphatbatterie A123 normalerweise eine Lebensdauer von mehr als 3.000 Zyklen. Eine A123-Lithiumeisenphosphat-RC-Batterie wird jedoch mit einer Laderate von 10 ° C und einer Entladerate von 5 ° C verwendet. Die Lebensdauer im Labor wird auf nur das 600-fache verkürzt, und im tatsächlichen Gebrauch ist nur etwa das 400-fache der Einfluss der Entladungsrate auf die Lebensdauer erkennbar. .

Am Beispiel von BYD "Qin" treibt nur die 13 kWh-Batterie einen Motor mit einer Spitzenleistung von 110 kW an. Es kann berechnet werden, dass bei voller Ladung von "Qin" die maximale Entladerate 8,4 ° C beträgt. Insbesondere wenn "Qin" nur 50% Strom hat, kann seine maximale Entladungsrate 18 ° C erreichen. Wenn die Batterie schwach ist und die Entladerate 25 ° C überschreitet, verkürzt dies die Batterielebensdauer erheblich.

Schauen Sie sich die Tesla P85 Leistung an, die maximale Leistung des 310KW Motors sieht sehr groß aus, in der Tat beträgt die Batterieentladerate nur 4C. Bei einer Ladung von nur 30% beträgt die maximale Entladerate nur 10 ° C. Und der Akku mit großer Kapazität von Tesla verhindert weitgehend, dass sich der Akku in einer Hochleistungsentladung befindet.

Durch einfachen Vergleich können wir die Überlegenheit der Entladungslebensdauer von BYD mit hoher Rate erkennen.

Drittens Temperaturanpassungsfähigkeit

Die Auswirkung extremer Kälte auf die Batterie spiegelt sich hauptsächlich in der geringen Lade- / Entladerate und der Verringerung der Kapazität wider. Der Einfluss extremer Hitze auf die Batterie äußert sich hauptsächlich in der Verringerung der Lebensdauer, der Sicherheit bei hohen Temperaturen und der Verringerung der Lade- und Entladekapazität.

Die Auswirkung extremer Kälte auf die Batterie ist relativ gering, da die allgemeine Lithiumbatterie unter minus 20 Grad verwendet werden kann und die Wärme selbst während des Entladevorgangs der Batterie erzeugt wird, jedoch die Erhöhung des Energieverbrauchs und die Verringerung von Macht ist unvermeidlich.

Die Auswirkungen extremer Kälte auf reine Elektroautos unterscheiden sich von denen von Dual-Mode-Hybriden. Da reine Elektrofahrzeuge keine anderen Energiequellen haben, müssen sie auf eine Batterieentladungsheizung angewiesen sein, um unter extrem kalten Bedingungen die richtige Temperatur zu erreichen, was einen großen Einfluss auf den Energieverbrauch und die Reichweite hat. Im Winter weist Tesla erhebliche Unterschiede im Energieverbrauch und in der Reichweite von 100 Kilometern auf.

Der Effekt auf den Dual-Mode-Hybrid ist schwächer. Weil es einen Hybridmotor gibt, der Energie als Backup liefert. Zum Beispiel veranstaltete BYD im November letzten Jahres die Werbemaßnahme „Qin“ in Baotou. Zu dieser Zeit betrug die Temperatur nachts minus 15 bis 20 Grad. Wenn das Fahrzeug morgens in der Kälte gestartet wurde, schaltete das System automatisch in den HEV-Modus. Der Motor würde die Klimaanlage antreiben und das Auto schnell verbessern. Die Innentemperatur wird beim Erhöhen der Temperatur wieder in den EV-Modus geschaltet.

Extreme Hitze hat einen großen Einfluss auf die reine Elektrizität und das Mischen. Beispielsweise erhöht die Batterie selbst die Entladungstemperatur bei hoher Leistung. Am Beispiel einer herkömmlichen Lithium-Ionen-Batterie kann die Entladungstemperatur der Batterie auf fast 50 Grad erhöht werden. Eine solch hohe Temperatur wirkt sich nicht nur auf die Lebensdauer der Batterie aus, sondern vor allem auf ein Sicherheitsrisiko. Beispielsweise gibt die ternäre Batterie von Tesla in einer Umgebung mit hohen Temperaturen Sauerstoff ab, und Sauerstoff ist ein brennbares Objekt. Tesla senkt die Temperatur durch ein zirkulierendes Kühlsystem und hüllt die isolierte Batterie in einen harten Koffer, um zu verhindern, dass Sauerstoff entweicht. Es ist jedoch unvermeidlich, bei einem Aufprall Feuer zu fangen.

Viertens Energiedichte

Die Energiedichte ist, wie der Name schon sagt, die Energie, die eine Gewichtseinheit aufnehmen kann. Die Energiedichte ist normalerweise ein wichtiger Indikator für die Beurteilung der Überlegenheit der Batterie, aber im Analysesystem des Autors ist die Energiedichte bei Batterieleistungsindikatoren nicht sehr wichtig.

Dafür gibt es zwei Gründe:

1. Die Energiedichte muss mit anderen Eigenschaften kombiniert werden. Beispielsweise ist die Energiedichte von Lithiumeisenphosphatbatterien nicht hoch. Aufgrund seiner Sicherheit, Stabilität und hohen Temperaturbeständigkeit ist die aus Lithiumeisenphosphat bestehende Batterie jedoch äußerst einfach und erfordert nicht viel Schutzzusatzausrüstung. Die ternäre Batterie von Tesla hat eine hohe Dichte an Batteriezellen, muss jedoch aufgrund ihrer schlechten Sicherheit und hohen Temperatur mit einer komplexen Batterieschutzvorrichtung kombiniert werden, die das Gewicht des Fahrzeugs erhöht. Es wurde berichtet, dass Tesla sich nach einem kontinuierlichen Verbrennungsunfall darauf vorbereitet, die Batterieschutzausrüstung zu verdicken, was den Energiedichtevorteil der ternären Batterie schwächt.

2. Das Gewicht hat wenig Einfluss auf das Auto, insbesondere für den Mainstream-Trend von Hybrid-Elektrofahrzeugen in der Zukunft und reinen Elektrofahrzeugen mit geringer Kilometerleistung. Wir können uns einen Vergleich von Batterien mit einer Energiedichte von 130 kWh / kg und einer Energiedichte von 200 kWh / kg vorstellen. Selbst bei einer maximalen Gesamtleistung von 80 Grad beträgt der Gewichtsunterschied zwischen den beiden Batterien nur 200 kg.

Dies hat eine sehr geringe Auswirkung auf ein Auto, das nahe an 2 Tonnen liegt.

Daher ist der Autor der Ansicht, dass die Energiedichte der Batterie zwar von Natur aus größer ist, es jedoch nicht erforderlich ist, das Maximum absichtlich zu verfolgen. Insbesondere ist es umso instabiler, je größer die Energiedichte ist. Dies ist der grundlegende gesunde Menschenverstand. Solange es ausreicht, ist die Energiedichte nicht zu wichtig.

V. Kosten

Die Kosten sind sehr gut bekannt, und es muss einen Kostenvorteil für eine breite Akzeptanz geben, der im ersten Teil dieser Reihe berechnet wurde. Kleine reine Elektro- oder Hybrid-Elektrofahrzeuge müssen einerseits die Batteriemenge im Auto reduzieren, um die Kosten für die Batterie zu sparen, andererseits müssen die Kosten für den Akku + die Schutzausrüstung gesenkt werden. Daher haben wir festgestellt, dass die Batteriekosten von Tesla niedrig sind, die Gesamtkosten jedoch immer noch hoch sind.

Durch die obige Diskussion wissen wir, dass verschiedene Lithiumionenbatterien natürliche Vor- und Nachteile haben. Wichtig ist jedoch, wie Sie die Schlüsselelemente der zukünftigen Entwicklung von Elektrofahrzeugen aussortieren, damit Sie die richtige Batterie auswählen können. Zusammenfassend ist der Autor unter Berücksichtigung der Faktoren Sicherheit, Lebensdauer, Entladekapazität, Temperaturanpassung, Energiedichte, Kosten und anderer Faktoren der Ansicht, dass Lithiumeisenphosphatbatterien für die zukünftige Entwicklungsrichtung von Elektrofahrzeugbatterien am besten geeignet sind.

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