Analiza energetske gostote litijevih baterij, kako izboljšati energijsko gostoto litijevih baterij?
Povzetek
Energijska gostota (Energijska gostota) se nanaša na količino energije, shranjene v enoti določenega prostora ali mase snovi. Energijska gostota baterije je električna energija, ki jo sprosti povprečna prostornina enote ali masa baterije. Energijska gostota baterije je na splošno razdeljena v dve dimenziji: gostoto energije teže in prostorninsko energijsko gostoto.
Kaj je energijska gostota?
Energijska gostota (Energijska gostota) se nanaša na količino energije, shranjene v enoti določenega prostora ali mase snovi. Energijska gostota baterije je električna energija, ki jo sprosti povprečna prostornina enote ali masa baterije. Energijska gostota baterije je na splošno razdeljena v dve dimenziji: gostoto energije teže in prostorninsko energijsko gostoto.
Energijska gostota baterije = kapaciteta baterije ×/teža, osnovna enota je Wh/kg (ura vanja/kg)
Energijska gostota baterije = zmogljivost baterije ×/prostornino/prostornino, osnovna enota je Wh/L (ura/liter vate)
Večja je energijska gostota baterije, večja je količina ali teža električne energije na enoto.
Kakšna je energijska gostota monomera?
Energijska gostota baterije pogosto kaže na dva različna koncepta, eden je energijska gostota ene celice, druga pa energijska gostota baterijskega sistema.
Baterijska celica je najmanjša enota baterijskega sistema. M baterije tvorijo modul, N moduli pa paket baterij. To je osnovna struktura akumulatorja za napajanje vozila.
Energijska gostota ene celice, kot to pomeni ime, je energijska gostota ene same celične ravni.
Po podatkih "Made in China 2025" je razvojni načrt za električne baterije opredeljen: leta 2020 bo gostota energije baterije dosegla 300Wh/kg; leta 2025 bo gostota energije baterije dosegla 400Wh/kg; leta 2030 bo gostota energije baterije dosegla 500Wh/kg. To se nanaša na energijsko gostoto ene celice.
Kakšna je energijska gostota sistema?
Energijska gostota sistema se nanaša na težo ali prostornino celotnega baterijskega sistema v primerjavi s težo ali prostornino celotnega baterijskega sistema po dokončanju monomerne kombinacije. Ker baterijski sistem vsebuje sistem za upravljanje baterij, sistem za upravljanje s termično energijo, visoko in nizkonapetostna vezja itd. zasedajo del teže in notranjega prostora baterijskega sistema, je energijska gostota baterijskega sistema manjša od energijske gostote monomera.
Energijska gostota sistema = moč baterijskega sistema / teža baterijskega sistema ALI prostornina baterijskega sistema
Kaj omejuje energijsko gostoto litijevih baterij?
Kemični sistem za baterijo je glavni razlog.
Na splošno so štirje deli litijevega akumulatorja zelo kritični: pozitivna elektroda, negativna elektroda, elektrolit in diafragma. Pozitivni in negativni pole so kraji, kjer se pojavljajo kemične reakcije, ki so enakovredne dvema žilama Ren Du in Du, njihov pomemben status pa je mogoče videti. Vsi vemo, da je energijska gostota baterijskega sistema s ternary litijem kot pozitivno elektrodo višja od energijskega sistema baterijskega paketa z litijevim železovim fosfatom kot pozitivno elektrodo. Zakaj je to?
Večina trenutnih anodnih materialov za litij-ione baterije je grafit, teoretična gramska kapaciteta grafita pa je 372 mAh/g. Teoretična gramska zmogljivost pozitivne elektrode litijevega železovega fosfata je le 160mAh/g, medtem ko je ternarijski materialni kobalt kobalt mangan (NCM) približno 200mAh/g.
Po teoriji sodov je nivo vode določen z najkrajšim delom soda, spodnja meja energijske gostote litij-ionske baterije pa je odvisna od katodnega materiala.
Napetostna ploščad litijevega železovega fosfata je 3,2V, ternarijski indeks pa 3,7V. V primerjavi z dvema fazama je gostota energije velika, razlika pa 16%.
Seveda bo poleg kemijskega sistema raven proizvodnega procesa, kot so gostota kompaktnosti, debelina folije itd., vplivala tudi na gostoto energije. Na splošno, ko je gostota zmnoževanja višja, višja je zmogljivost baterije v omejenem prostoru, zato se gostota zmnoževanja glavnega materiala šteje tudi za enega od referenčnih kazalnikov gostote energije baterije.
V četrti epizodi "Great Power Heavy Equipment II" je CATL sprejel 6-mikronsko bakreno folijo in uporabil napredno tehnologijo za povečanje energetske gostote.
Če se lahko držite vsake vrstice, jo preberite in nadaljujte z branjem do tukaj. Čestitam, vaše razumevanje baterij je doseglo raven.
Kako povečati gostoto energije?
Sprejetje novih materialnih sistemov, fino ugasnjenje strukture litijeve baterije in izboljšanje proizvodnih zmogljivosti so tri faze za inženirje raziskav in razvoja do "dobrega plesa z dolgimi rokavi". Spodaj bomo razložili iz dveh dimenzij monomera in sistema.
——Monomerna energijska gostota, je odvisna predvsem od preboja kemičnega sistema
1. Povečajte velikost baterije
Proizvajalci baterij lahko dosežejo učinek razširitve zmogljivosti s povečanjem prvotne velikosti baterije. Najbolj znan primer je, da ga bo Tesla, znano podjetje za električni avtomobil, ki je prvo uporabilo Panasonic-jevo baterijo iz leta 18650, zamenjal z novo baterijo 21700.
Vendar pa je "debelost" ali "rast" baterij le začasno zdravilo, ne pa trajno zdravilo. Metoda črpanja plač z dna grelnika je iskanje ključne tehnologije za povečanje energetske gostote iz pozitivnih in negativnih materialov, ki predstavljajo baterijske celice in sestavo elektrolita.
2. Spremembe kemijskega sistema
Kot smo že omenili, je energijska gostota baterije omejena s pozitivnimi in negativnimi elektrodami baterije. Ker je energijska gostota trenutnega negativnega elektrodnega materiala veliko večja od energijske gostote pozitivne elektrode, je za povečanje energijske gostote potrebna neprekinjena nadgradnja pozitivnega elektrodnega materiala.
Katoda visokega niklja
Ternarijski materiali se na splošno nanašajo na veliko družino niklovih kobalt manganovih oksidov litijevih oksidov. Delovanje baterije lahko spremenimo tako, da spremenimo razmerje treh elementov niklja, kobalta in mangana.
Silicijev ogljikov anod na sliki
Specifična zmogljivost silicija temelječega negativnega elektrodnega materiala lahko doseže 4200mAh/g, ki je veliko višja od teoretične specifične zmogljivosti grafitne negativne elektrode 372mAh/g, zato je postala močna nadomestek grafitne negativne elektrode.
Trenutno je uporaba silikon-ogljikovih komponentnih materialov za povečanje gostote energije baterije postala ena od priznanih razvojnih usmeritev industrije za litij-ionske anodne materiale baterije. Model 3, ki ga je izdal Tesla, uporablja silicijev ogljikovo anodo.
V prihodnosti, če želite iti korak naprej razbijte 350Wh/kg enocelično pregrado, se bodo morali kolegi v industriji morda osredotočiti na litijev kovinski negativni baterijski sistem, vendar to pomeni tudi, da celoten proces izdelave baterije Spremeni in prizadevnost. Iz več tipičnih ternary materialov je mogoče videti, da je delež niklja višji in višji, delež kobalta pa nižji in nižji. Višja kot je vsebnost niklja, višja je specifična zmogljivost celice. Poleg tega bo zaradi pomanjkanja kobaltnih virov povečanje deleža niklja zmanjšalo količino uporabljenega kobalta.
3. Energijska gostota sistema: izboljšajte učinkovitost baterijskih
Preskus baterijskih paketov v skupinah je sposobnost baterije "oblegajo levi" za postavitev enotnih celic in modulov. Kot prostor je treba vzeti varnost in čim bolj izvleč vsak del prostora.
V glavnem obstajajo naslednji načini za »slim down« baterijski paket.
Optimizacija strukture postavitve
Z vidika dimenzij lahko notranjo postavitev sistema optimiziramo, da bodo notranje komponente baterijskega paketa bolj kompaktne in učinkovite.
Topologija Optimizacija
Zasnovo zmanjšanja teže realiziramo v okviru predpostavke zagotavljanja togosti in strukturne zanesljivosti s simulacijsko izračunom. S to tehnologijo je mogoče doseči optimizacijo topologije in optimizacijo topografije in na koncu pomagati pri doseganju lahkih baterijskih omar.
Izbira materiala
Izbiramo lahko materiale z nizko gostoto. Pokrov baterijskega paketa se je na primer postopoma spreminjal iz tradicionalnega pokrova pločevine v sestavljen materialni pokrov, ki lahko zmanjša težo za približno 35 %. Glede spodnje škatle baterijskega paketa se je postopoma spreminjala od tradicionalne rešitve pločevine v raztopino aluminijastega profila, s tem pa se je teža zmanjšala za približno 40%, lahek učinek pa je očiten.
Integrirana zasnova vozila
Celostna zasnova celotnega vozila in strukturna zasnova celotnega vozila se obravnavata celovito, strukturni deli pa se delijo in delijo čim bolj, na primer proti trku, da se doseže končni lahki
Baterija je zelo obsežen izdelek. Če želite izboljšati en vidik uspešnosti, lahko žrtvujte druge vidike uspešnosti. To je osnova za razumevanje zasnove in razvoja baterije. Baterije za napajanje so namenjene vozilom, zato energijska gostota ni edino merilo kakovosti baterije.
