Nízorýchlostné lítiové batérie sú také horúce, ale skutočne lítiovým batériám rozumiete?

Čo je to lítiová batéria?

Lítiová batéria je typ batérie, ktorá ako kov zápornej elektródy používa lítiový kov alebo zliatinu lítia a používa nevodný roztok elektrolytu. Najskoršia lítiová batéria pochádza od veľkého vynálezcu Edisona. Vďaka veľmi aktívnym chemickým vlastnostiam kovového lítia majú spracovanie, skladovanie a používanie kovového lítia veľmi vysoké environmentálne požiadavky. Preto sa lítiové batérie dlho nepoužívali. V dnešnej dobe sa lítiová batéria stala hlavným prúdom, porovnáva sa ako srdce elektrických vozidiel.

Lítiové batérie sa všeobecne delia do dvoch kategórií: 1. Lítiové kovové batérie: Lítiové kovové batérie spravidla používajú oxid manganičitý ako pozitívny elektródový materiál, lítium kovové alebo jeho zliatinový kov ako negatívny elektródový materiál a používajú nevodný roztok elektrolytu. 2. Lítium-iónové batérie: Lítium-iónové batérie spravidla používajú oxid kovu lítnej zliatiny ako pozitívny elektródový materiál, grafit ako negatívny elektródový materiál a nevodný elektrolyt.

Aj keď je hustota energie lítiových kovových batérií vysoká, teoreticky môže dosiahnuť 3860 wattov / kg. Kvôli nedostatočnej stabilite a nemožnosti nabíjania ho však nie je možné použiť ako napájaciu batériu na opakované použitie. Lítium-iónová batéria bola vyvinutá ako hlavná batéria vďaka svojej schopnosti nabíjania. Z dôvodu kombinácie rôznych prvkov má však zloženie materiálu pozitívnej elektródy veľké rozdiely v rôznych aspektoch, čo vedie k zvýšeným sporom o ceste materiálu pozitívnej elektródy v priemysle.

O napájacích batériách, o ktorých hovoríme najviac, sa zvyčajne starajú hlavne batérie fosforečnan lítny, batérie lítium-mangánové, lítium-kobaltnaté a ternárne lítiové batérie (ternárny nikel-kobalt-mangán).

Vyššie uvedené typy batérií majú svoje výhody a nevýhody, ktoré je možné zhruba zhrnúť takto:

Ternárne lítium:

Výhody: vysoká hustota energie, vysoká hustota poklepania.

Nevýhody: zlá bezpečnosť, zlá odolnosť voči vysokej teplote, zlá životnosť, zlý výboj s vysokým výkonom a toxické prvky (teplota prudko stúpa po vysokovýkonnom nabití a vybití ternárnych lítiových batérií a uvoľňovanie kyslíka po vysokej teplote je veľmi ľahké horieť).

Fosforečnan lítny a železitý:

Výhody: dlhá životnosť, vysoká rýchlosť nabíjania a vybíjania, dobrá bezpečnosť, dobrý výkon pri vysokej teplote, neškodné prvky, nízke náklady.

Nevýhody: nízka hustota energie, nízka hustota poklepania (objemová hmotnosť).

Oxid lítny mangánatý:

Výhody: vysoká hustota poklepania a nízke náklady.

Nevýhody: slabá odolnosť voči vysokým teplotám, teplota po dlhodobom používaní manganistanu lítneho prudko stúpa a životnosť batérie je vážne znížená (napríklad elektrický automobil Nissan LEAF).

Oxid lítny kobaltnatý: zvyčajne sa používa vo výrobkoch 3C, s mimoriadne nízkou bezpečnosťou a nie je vhodný na napájanie z batérií.

V modeloch lítiových batérií sa teraz objavil priemysel nízkootáčkových elektrických vozidiel, ktorý využíva hlavne dva typy lítium-fosforečnanu železnatého a ternárne lítium, preto sa dnes zameriame na dva typy ternárnych lítiových batérií a lítium-železo-fosfátových batérií.

　01

Batéria s obsahom lítium-železitého fosfátu: zrelá, ale nedostatočná

Materiál elektródy fosforečnanu lítneho je v súčasnosti najbezpečnejším katódovým materiálom pre lítium-iónové batérie. Okrem toho môže jeho životnosť dosiahnuť viac ako 2 000-násobok. Môže byť použitý pre štandardné nabíjanie (5 hodín) a môže dosiahnuť 2 000 cyklov. Navyše, vďaka vyspelému odvetviu A prahu cenovej technológie a úbytku technológie, ktorú prinieslo, mnoho výrobcov prijme lítium železo fosfátové batérie pre rôzne faktory. Dá sa povedať, že nástup nových vozidiel na energiu má neoddeliteľný vzťah s batériami lítium-železo-fosfát.

Avšak lítium-železo-fosfátové batérie majú fatálny nedostatok, to znamená slabý výkon pri nízkych teplotách, aj keď sú nanorozmerové a pokryté uhlíkom, tento problém nebol vyriešený. Štúdie preukázali, že ak je batéria s kapacitou 3 500 mAh prevádzkovaná v prostredí s teplotou -10 ° C, po menej ako 100 cykloch nabíjania a vybíjania sa výkon prudko zníži na 500 mAh, čo je v podstate zošrotovanie. To skutočne nie je dobré pre rozsiahle územie našej krajiny&# 39 a komplexné národné podmienky, kde sú v zime skutočne nižšie teploty.

Okrem toho sú náklady na prípravu materiálu a výrobu batérie pomerne vysoké, výťažnosť batérie je nízka a zlá konzistencia. To je tiež dôležitý dôvod, prečo mnoho čisto elektrických vozidiel nemôže dosiahnuť nominálnu hodnotu. Preto vidíme, že veľa domácich vozidiel na novú energiu (či už čisto elektrické alebo hybridné na elektrický pohon) alebo niektoré relatívne lacné nové vozidlá na energiu si z rôznych dôvodov vyberú batérie s obsahom lítium železo-fosfátu. Dá sa povedať, že použitie batérií fosforečnanu lítno-železitého má nezmazateľný základ pre hromadnú výrobu a propagáciu nových vozidiel na energiu.

　02

Ternárna lítiová batéria z polyméru: nepokojná budúcnosť

Ternárna polymérna lítiová batéria označuje lítiovú batériu, ktorá ako materiál katódy používa lítium-nikel-kobaltan-manganičitan (Li (NiCoMn) O2). Prekurzorovým produktom ternárneho kompozitného katódového materiálu je soľ niklu, kobaltovej soli a soli mangánu. Ako suroviny je možné pomer niklu, kobaltu a mangánu vo vnútri upraviť podľa aktuálnej potreby. Ternárne lítiové batérie majú väčšiu hustotu energie, ale často sa spochybňuje ich bezpečnosť.

Dôvodom je to, že aj keď sa tieto dva materiály rozložia, keď dosiahnu určitú teplotu, ternárny lítiový materiál sa rozloží pri nižších 200 stupňoch, zatiaľ čo lítium železo-fosfátový materiál má asi 800 stupňov. A chemická reakcia ternárneho lítiového materiálu je intenzívnejšia, uvoľní molekuly kyslíka a elektrolyt rýchlo horí pri pôsobení vysokej teploty, čo spôsobuje reťazovú reakciu. Zjednodušene povedané, ternárne lítiové materiály sa pravdepodobne vznietia ako lítium-železo-fosfátové materiály. Treba si však uvedomiť, že hovoríme o materiáloch, nie o batériách, ktoré sa stali hotovými výrobkami.

Kvôli potenciálnym bezpečnostným rizikám ternárnych lítiových materiálov výrobcovia tiež usilovne pracujú na prevencii nehôd. Podľa charakteristík ľahkej pyrolýzy ternárnych lítiových materiálov budú výrobcovia veľa chrániť pred prebitím (OVP), nadmernou ochranou (UVP), nadmernou teplotou (OTP) a nadprúdovou ochranou (OCP). úsilie. Preto by udalosť spontánneho horenia mala zvážiť skôr to, či sú funkcie výrobcu&# 39 v týchto odkazoch zavedené, a nie iba vzdať sa jedla kvôli uduseniu.

Aké je teda súčasné využitie týchto dvoch batérií? Poďme sa zamerať na skupinu dát&# 39. V novembri minulého roku predstavoval inštalovaný výkon elektrických autobusov s lítium-fosfátovými batériami 64,9% a inštalovaný výkon ternárnych lítiových batérií iba 27,6%. Naopak, na trhu s čisto elektrickými osobnými automobilmi inštalovaná kapacita ternárnych lítiových batérií v novembri minulého roka presiahla 76%.

Teoreticky by batéria, ktorú potrebujeme, mala mať vysokú hustotu energie, veľkú objemovú hustotu, dobrú bezpečnosť, odolnosť voči vysokým teplotám a nízkym teplotám, dlhú životnosť, netoxickú a neškodnú, vysokovýkonné nabíjanie a vybíjanie a integrovať všetky výhody a nízke náklady. V súčasnosti však takáto batéria neexistuje, takže existuje kompromis medzi výhodami a nevýhodami rôznych typov batérií. Navyše, rôzne elektrické vozidlá majú odlišné požiadavky na batérie, takže ktorá batéria je vhodnejšia, závisí od vášho vlastného výberu!