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从电池材料解读国内电池现状

从电池材料解读国内电池现状

近日,国内电池行业最大的新闻频频爆出,先切上汽电池板,和第二大,世界第三大电池公司在结婚年龄宁德,建立动力电池系统公司; 随后有消息称,比亚迪将拆分电池部门,或打开大门所有新车交付的价格,已报道的举动或将改变全球市场格局。此外,国内电动汽车市场连续两年位居世界第一,生产和销售,累计推广超过一亿美元,占全球市场保有量在50%以上。中国超过美国坐上了电动车市场的头把交椅,我们可以说,电动车行业前景无限,快速发展,关键是提高电池技术水平。

电池材料

电动汽车的发展需要更好的电池,比能量电池电量,寿命,安全性和价格,这款车是电力驱动的发展至关重要。具有比能量高,寿命长等。锂离子电池的是最实用的电动车电池,混合动力汽车,电动汽车,燃料电池车辆被广泛用于。目前商用动力电池技术和未来10年有望在图1中,以达到目标,而这些指标的实际生产中往往是相互冲突的,电池相关的性能权衡需要。考虑到需要提高电极材料,电解质,隔离器的性能的电池的性能,而后续的组装技术,电池系统组,管理也很重要。本文旨在总结电池技术,电池设计和制造技术,电池系统技术,方面使用锂离子电池作为芯材目前电池的发展成就,同时展望未来!

从正负极材料到电池系统,解读国内动力电池现状
图1现有的技术指标和未来10年电池从现在开始

1,锂材料技术
正负极材料
锂阳极材料体系是非常丰富(图。2),电流,正极材料的钴酸锂,锰酸锂,磷酸铁锂,锂镍钴锰等。,已成为成熟。钴酸锂材料的比容量200-210mA·H /克,该材料的真密度和磁极片的压实密度现有最高正电极材料,氧化物商用锂钴/石墨系统的充电电压可以提高4.40V,必须满足电池袋的高体积能量密度的智能手机和平板电脑的需求。锰酸锂的原料成本低,生产工艺简单,高的热稳定性,良好的耐过充电,高放电电压平台,安全。光适合于低成本的电动车辆的电池,但有理论容量是比较低的,有可能是影响在高温环境等问题的电池寿命洗脱锰的周期。国内初级锰酸锂材料需要移动电源,电动工具和电动自行车市场,有朝向低端的趋势。三元层状NCM阴极材料被主要用于电池供电的,除了镍,钴,锰的应用,的LiNi1 / 3Co1 / 3Mn1 / 3O2在更成熟的细胞的功率,更高的容量LiNi0的每三分之一。5Co0.2Mn0.3O2已经进入体积应用,锂锰氧化物,通常施加到电动车辆的电池混合。掺杂的锂镍钴氧化物铝(NCA)的高电压能量密度的锂钴氧化物的电池的可访问性,电动汽车制造商在近年来,这样的PC特斯拉电池用于驱动电动车辆,该材料可以是锰酸锂为杂交体的制造电瓶车,国内NCA前体形成稳定的生产能力,一些企业已完成的NCA正极材料的研发,在产品推广的过程。安全的磷酸铁锂,磷酸锰铁使用寿命长,目前纳米材料类型和更快的高功率密度锂材料的开发,更高的性能和节能型高功率稳定的材料,进一步降低成本,逐步满足国内市场的需求需求,促进新能源汽车现阶段中国的高电压尖晶石锂镍锰氧化物和高电压比富锂锰基正极材料的容量更高的仍在开发中。
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图锂离子电池的电极材料系统

负极材料
负电极材料可被用于动力电池石墨,硬/软碳和合金,石墨被广泛用于负电极材料的可逆容量,以实现360毫安·H /克。所述无定形碳可为软碳或硬,以满足高倍率的需要,并在一个较低温度的应用的电池中,该应用程序启动,但主要应用的是与石墨混合。钛酸锂负极材料具有施加到电池的最佳速率特性和循环特性,大电流快速充电,但电池是生产成本低和高比能量。纳米硅20世纪90年代我。e。提出了高容量的负极,通过少量以提高掺杂碳的硅纳米容量负极材料热的研究和开发,在负极材料中加入氧化硅或硅纳米少量已进入小量应用阶段,450毫安的可逆容量·H /克。但是嵌入硅锂原因体积膨胀后,降低发生在实际使用的循环寿命要解决的问题。

电解质
一种锂离子电池电解液线性碳酸酯通常具有高介电常数和低介电常数的碳酸环形混合。在通常的锂离子电池电解液应该满足高离子电导率(10-3?10-2S / cm)的,电子传导性低,宽电化学窗口(0?5V),热稳定性(-40?60℃)及其他要求。六氟磷酸锂和其他新颖的锂盐,所述溶剂纯化电解质制剂,功能性添加剂技术的不断进步,目前的方向是正在开发进一步改善工作电压和提高电池的高温性能,安全离子液体电解质和固体电解质。

隔膜
其优良的机械性能,电化学稳定性并且相对便宜的良好的特性,一种聚烯烃微多孔膜是锂离子电池隔膜市场的主要品种[7]。它们包括聚乙烯(PE)单层膜,聚丙烯(PP)膜和单层PP / PE / PP层复合微孔膜。更多国内使用的干法工艺生产,湿法PE膜还具有多条生产企业可以。与陶瓷涂层技术已被促进由高温和高压膜将成为今后的发展方向。

2,电池技术
基本设计仍然是一个锂离子电池和SONY公司在同一专利申请在1989年出版,与单体,方形金属壳体(铝/钢)和块状软包的圆筒形状,主要用于圆筒型电池原来的笔记本电脑,现在特斯拉等公司使用的电动汽车18650圆柱电池。更大容量的电池通常为矩形,由饶,Z形叠片,叠片缠绕+,正极涂覆叠片,叠片缠绕+生产等细胞体积。。Cylindrical芯电最成熟的技术,制造成本低,但热容量大差圆筒型电池中,通常在一个小的圆柱形电池中使用。汽车电池容量,电池管理系统更加复杂和昂贵的数。在方形电池单元缠绕结构制造工艺相对简单,但是主电池适于软磁极片,不同的是使用电池和三元材料可用通过该方法以外的尖晶石锂铁磷酸盐正极材料。高可靠性,长寿命的电池适应于各种层压材料系统,通用Volt插入式混合动力和纯电动汽车日产Leaf电池叠层材料制造工序中使用。2015年,磷酸铁锂电池的比能量达到140W·H / kg时,锂锰三元材料混合细胞比能达到180W·H / kg时,使用小气缸国际NCA比能量电池达到240W·H / kg时,未来几年锂离子电池的比能量将进一步增加,到2020年预计将达到300W·H / kg的。

3,电池系统技术
从商用锂离子电池系统的角度来看,核心技术包括精确的电池技术组(组具有集成电池的热管理,碰撞安全性,电气安全等。),电池管理系统(BMS)EMC技术,测量信号(例如。g。,电池电压,电流等。)技术,电池状态的准确估计,电池均衡控制技术。
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500万彩票 图简单的电池电源系统。图3中。

BMS的另一关键核心组件和电池系统,其包括传感器,控制器,致动器和其它组件基本上是由汽车电子技术功率(德国,日本,美国)垄断。目前,国内一些企业已经成功开发了智能电表,它可以替代国外的电流,电压,绝缘传感器。影响锂离子电池的安全性和成本的电动车辆应用中,除了细胞体,寿命和一致性的安全性进一步提升,模块化电池技术,电池组技术(集成的电池与组,热管理的主要因素,碰撞安全,电气安全等。),也有国外的一个比较明显的区别。目前国际汽车电池成组企业技术较为成熟,国内科研单位在精密测量技术BMS EMC技术,信号,电池状态准确地估计电池平衡控制技术等方面开展更深入的研究。

电池电力管理的关键技术包括集成电化学电池模型,电气安全设计,电池状态推定,管理,故障排除和校准和收费管理的均衡方面。电池的热管理系统和关键技术的开发是基于所述电池组的结构设计和电池容量计算热分析,等温研究的不同的热的热管理技术的影响,以获得一个低成本,工艺简单,高安全性和的电池热管理冷却溶液可靠性。需要根重单元结构到车辆电池系统和相关结构的研究,考虑到相互耦合特性,优化结构进行集成的振动,冲击和重量轻的结构设计和材料选择以优化关键技术研究。的材料,结构设计和其他设计方案的部分,以优化连接,进行在电安全性,机械安全,并设计来研究电池系统的安全的整体方案的基础上的热安全性的电池的安全性的需要,进行故障诊断预测系统为电池热监测和预警,预防和关键技术的控制。

4。外表
在未来的很长一段时间,一个锂离子电池仍然是最合适的电动车电池,锂锰氧化物正极材料,三元系正极材料,锂铁磷酸盐正极材料,负极材料,碳复合材料,陶瓷 – 涂覆的隔膜,电解质盐的发育和功能的电解质技术支持产业的发展和进展中的电池技术。电池系统技术进步中的应用,安全性和可靠性将在未来几年得到进一步加强。

研究模型和影响参数的锂离子电池的寿命,突发模式特性细胞的研究,研究和高效的平衡策略大容量锂离子电池,充电和放电的单元热模型组和电池组和控制所述温度场分析方法快速充电方法的研究,将开展电池优化。车用动力电池系统应与产品的重新设计相结合,提升设计和制造模式符合未来汽车的需求动力电池,而电池材料,电池制造和系统技术的全产业链的基础上,努力提高产品质量,降低大规模生产成本,提升产业竞争力。

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