Анализ на енергийната плътност на литиевите батерии, как да се подобри енергийната плътност на литиевите батерии?
Резюме
Енергийната плътност (Енергийна плътност) се отнася до количеството енергия, съхранявано в единица от определено пространство или маса материя. Енергийната плътност на дадена батерия е електрическата енергия, освободена от средния обем на единицата или масата на батерията. Енергийната плътност на дадена батерия като цяло е разделена на две измерения: енергийна плътност на теглото и плътност на обемната енергия.
Какво представлява енергийната плътност?
Енергийната плътност (Енергийна плътност) се отнася до количеството енергия, съхранявано в единица от определено пространство или маса материя. Енергийната плътност на дадена батерия е електрическата енергия, освободена от средния обем на единицата или масата на батерията. Енергийната плътност на дадена батерия като цяло е разделена на две измерения: енергийна плътност на теглото и плътност на обемната енергия.
Енергийна плътност на теглото на батерията = капацитет на батерията × разрядна платформа/тегло, основният модул е Wh/kg (час/кг на ват)
Плътност на енергията на обема на батерията = капацитет на батерията × разрядна платформа/обем, основният модул е Wh/L (ват час/литър)
Толкова по-голяма е енергийната плътност на батерията, толкова повече електроенергия се съхранява за единица обем или тегло.
Каква е енергийната плътност на мономерния?
Енергийната плътност на батерия често сочи към две различни концепции, едната е енергийната плътност на една клетка, а другата е енергийната плътност на системата на батерията.
Клетката на батерията е най-малкият модул на батерия система. M батериите образуват модул, а n модулите образуват батерия. Това е основната структура на батерия за захранване на превозното средство.
Енергийната плътност на една клетка, както предполага името, е енергийната плътност на едноклетъчното ниво.
Според "Произведено в Китай 2025", планът за развитие на електрически батерии е определен: през 2020 г. енергийната плътност на батерията ще достигне 300Wh/kg; през 2025 г. енергийната плътност на батерията ще достигне 400Wh/kg; през 2030 г. енергийната плътност на батерията ще достигне 500Wh/kg. Това се отнася до енергийната плътност на едноклетъчното ниво.
Каква е енергийната плътност на системата?
Плътността на системната енергия се отнася до теглото или обема на цялата батерия система в сравнение с теглото или обема на цялата батерия система след завършване на мономерната комбинация. Тъй като системата на батерията съдържа система за управление на батерията, термична система за управление, вериги с високо и ниско напрежение и т.н. заемат част от теглото и вътрешното пространство на системата на батерията, енергийната плътност на системата на батерията е по-ниска от енергийната плътност на мономерния.
Плътност на енергията на системата = мощност на системата на батерията / тегло на батерията система ИЛИ обем на батерията система
Какво ограничава енергийната плътност на литиевите батерии?
Химическата система зад батерията е основната причина.
Най-общо казано, четирите части на литиева батерия са много критични: положителен електрод, отрицателен електрод, електролит, и диафрагма. Положителните и отрицателните полюси са местата, където се появяват химични реакции, които са еквивалентни на двете вени на Рен Дю и Дю, като важният им статус може да се види. Всички знаем, че енергийната плътност на системата на акумулаторната опаковка с тернарен литий като положителния електрод е по-висока от тази на системата за акумулаторни опаковки с литиев железен фосфат като положителния електрод. Защо е това?
Повечето от настоящите анодни материали за литиево-йонни батерии са графитни, а теоретичният грам капацитет на графита е 372 mAh/g. Теоретичният грам капацитет на положителния електрод материал литиев железен фосфат е само 160mAh/g, докато тернарният материал никел кобалтов манган (NCM) е около 200mAh /g.
Според теорията на варела нивото на водата се определя от най-късата част на цевта, а долната граница на енергийната плътност на литиево-йонните батерии зависи от катодния материал.
Платформата за напрежение на литиево-железния фосфат е 3.2V, а индексът на тернарната е 3.7V. Сравнявайки двете фази, енергийната плътност е висока и разликата е 16%.
Разбира се, в допълнение към химическата система, нивото на производствения процес, като например плътността на уплътнения, дебелината на фолиото и т.н., също ще повлияе на енергийната плътност. Най-общо казано, колкото по-висока е плътността на уплътнения, толкова по-висок е капацитетът на батерията в ограничено пространство, така че плътността на уплътнения на основния материал също се разглежда като един от референтните показатели за енергийна плътност на батерията.
В четвъртия епизод на "Great Power Heavy Equipment II" CATL приема 6-микрон медно фолио и използва усъвършенствана технология за увеличаване на енергийната плътност.
Ако можете да се придържате към всеки ред, прочетете го надолу и продължете да четете до тук. Поздравления, разбирането ви за батериите е достигнало ниво.
Как да се увеличи енергийната плътност?
Приемането на нови материални системи, фината настройка на структурата на литиевата батерия, както и подобряването на производствените възможности са трите етапа за r&D инженерите да "добър танц с дълъг ръкав". По-долу ще обясним от двете измерения на мономер и система.
——Плътност на мономерната енергия, главно зависи от пробива на химическата система
1. Увеличете размера на батерията
Производителите на батерии могат да постигнат ефекта от разширяването на капацитета чрез увеличаване на първоначалния размер на батерията. Най-познатият пример е, че Tesla, добре позната компания за електрически автомобили, която първа използва батерията на Panasonic от 18650 г., ще я замени с нова батерия 21700.
Въпреки това, "мазнините" или "растежа" на батериите е само временно излекуване, а не постоянно излекуване. Методът за теглене на заплати от дъното на чайника е да се намери ключовата технология за увеличаване на енергийната плътност от положителните и отрицателните материали, които съставляват клетките на батерията и състава на електролита.
2. Промени в химическата система
Както споменахме по-рано, енергийната плътност на батерията е ограничена от положителните и отрицателните електроди на батерията. Тъй като енергийната плътност на текущия отрицателен електрод материал е много по-голяма от тази на положителния електрод, увеличаването на енергийната плътност изисква непрекъснато надграждане на положителния електрод материал.
Висок никел катод
Тернарните материали обикновено се отнасят до голямото семейство никел кобалтови манганови оксидни литиеви оксиди. Можем да променим производителността на батерията, като променим съотношението на трите елемента никел, кобалт, и манган.
Силициев въглероден анод в картината
Специфичният капацитет на базирания на силиций отрицателен електрод материал може да достигне 4200mAh/g, което е много по-високо от теоретичния специфичен капацитет на графитния отрицателен електрод от 372mAh/g, така че се превърна в мощен заместител на графитния отрицателен електрод.
Към настоящия момент използването на силициево-въглеродни композитни материали за увеличаване на енергийната плътност на батерията се превърна в една от признатите упътвания за развитие на индустрията за литиево-йонни акумулаторни анодни материали. Модел 3, издаден от Tesla, използва силициев въглероден анод.
В бъдеще, ако искате да отидете стъпка по-нататъшно разбиване на 350Wh / kg единична клетъчна бариера, колегите от индустрията може да се наложи да се съсредоточат върху литиевата метална отрицателна батерия система, но това също така означава, че целият процес на производство на батерии Промяна и грижене. От няколко типични тернарни материали може да се види, че делът на никела е по-висок и по-висок, а делът на кобалта е по-нисък и по-нисък. По-високо е съдържанието на никел, по-висок е специфичният капацитет на клетката. Освен това, поради недостига на кобалтови ресурси, увеличаването на дела на никела ще намали количеството на използвания кобалт.
3. Енергийна плътност на системата: подобряване на ефективността на пакетите батерии
Тестът на акумулаторните опаковки в групи е способността на батерията "обсадни лъвове" да изложи единични клетки и модули. Необходимо е да вземете безопасността като предпоставка и да се възползвате максимално от всеки сантиметър пространство.
Има главно следните начини за "тънък надолу" на батерията пакет.
Оптимизиране на структурата на оформлението
От аспекта на размерите, вътрешното оформление на системата може да бъде оптимизирано, за да направят вътрешните компоненти на батерията по-компактни и ефективни.
Оптимизация на топологията
Осъзнаваме дизайн за намаляване на теглото под предпоставката за осигуряване на твърдост и структурна надеждност чрез изчисление на симулацията. Чрез тази технология оптимизацията на топологията и оптимизацията на топографията могат да бъдат постигнати и в крайна сметка да помогнат за постигането на олекотени шкафове за батерии.
Избор на материали
Можем да изберем материали с ниска плътност. Например капакът на акумулаторната опаковка постепенно се е променил от традиционен капак на ламарина на композитен капак на материала, който може да намали теглото с около 35%. По отношение на долната кутия на батерията, тя постепенно се е променила от традиционния разтвор на ламарина до разтвора на алуминиевия профил, намалявайки теглото с около 40%, а лекият ефект е очевиден.
Интегриран дизайн на превозното средство
Интегрираният дизайн на цялото превозно средство и конструктивният проект на цялото превозно средство се разглеждат изчерпателно, а конструктивните части се споделят и споделят във възможно най-голяма степен, като например проектиране против сблъсък, за постигане на крайната лека
Батерията е много цялостен продукт. Ако искате да подобрите един аспект на производителността, може да жертвате други аспекти на ефективността. Това е основата за разбиране на дизайна и развитието на батерията. Електрическите батерии са посветени на превозните средства, така че енергийната плътност не е единствената мярка за качество на батерията.
