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动力锂电池的四大关键主材

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 动力电池有四大关键材料,那就是负极材料、正极材料、电解液和隔膜。岳敏认为,未来锂离子电池材料一定是中国企业说了算,因为中国锂离子电池材料供应商已经实现了从“模仿-跟进-赶上”的跨越,现在已经处在陆续“赶超”的路上。

在正极材料方面,国内企业不论是技术,还是规模都正在形成“后来居上”之势,未来发展前景可期;
在负极材料方面,国内企业具有全面领先的优势,行业地位已经形成,短期内难以被超越;
在电解液方面,由于专利和核心添加剂被外企把控,加之配方又受制于客户端,国内电解液厂家实际上已经沦为了代工厂;
在隔膜方面,国内企业技术进步缓慢,新的体系未获得突破,未能从本质上解决问题,行业需要搅局者。岳敏举例说,为了提高隔膜的热稳定性和对电解液的浸润性,国内企业一般都会在隔膜上涂上一层陶瓷或者有机物涂胶,最多的甚至会涂上5层,虽然涂层后性能会有所提升,但同时也占用了电池空间,增加了电池重量。
此外,电池辅助材料虽然很重要,但一直不被国内企业所重视,因此辅助材料长期被外企所垄断,也最容易被卡脖子。
动力锂电池如何应对不一致性,你知道吗

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电芯性能的不一致,都是在生产过程中形成,在使用过程中加深。同一个电池组内的电芯,弱者恒弱,且加速变弱。单体电芯之间参数的离散程度,随着老化程度的加深而加大。

当前,工程师应对单体电芯不一致,主要从三个方面考虑。单体电池分选,成组后热管理,出现少量不一致时电池管理系统提供均衡功能。

1分选
 
不同批次的电芯,理论上不放在一起使用。即使相同批次的电芯,也需要经过筛选,把参数相对集中的电芯放在一个电池组里,同一个电池包里。
 
分选的目的,是把参数相近的电芯挑选出来。分选方法,被研究了很多年,主要分静态分选和动态分选两大类。
静态分选,针对电芯的开路电压,内阻,容量等特性参数进行筛选,选取目标参数,引入统计算法,设定筛选标准,最后将同一批次的电芯区分成若干组。
 
动态筛选,是针对电芯在充放电过程中表现出来的特性进行筛选,有的选择恒流恒压充电过程,有的选取脉冲冲击充放电过程,有的对比自身的充电和放电曲线之间的关系。
 
动静结合分选,用静态筛选做初步分组,在此基础上进行动态筛选,这样划分出来的组别更多,筛选准确性更高,但成本也会相应上升。
 
这里就小小体现了一把动力锂电池生产规模的重要性。大规模出货,使得厂家可以进行更精细的分选,得到性能更接近的电池组。如果产量太小,分组过多,一个批次都无法装备一个电池包,再好的方法也无法施展了。
 
2热管理
 
针对内阻不一致电芯,产生热量不相同问题。热管理系统的加入,可以调节整个电池组的温差,使之保持在一个较小的范围里。生成热量较多的电芯,依然温升偏高,但不会与其他电芯拉开差距,劣化水平就不会出现明显的差距。
 
3均衡
 
电芯单体的不一致,某些电芯端电压,总是超前于其他电芯,最先到达控制阈值,导致整个系统容量变小。为了解决这个问题,电池管理系统BMS设计了均衡功能。
某一颗电芯率先到达充电截止电压,而其余众电芯电压明显滞后,BMS起动充电均衡功能,或者接入电阻,放掉高电压电芯的部分电量,或者把能量转移走,放到低电压电芯上去。这样,充电截止条件被解除,充电过程重新开始,电池包充入更多电量。
直到现在,电芯的不一致性,仍然是行业内研究的重要领域。电芯能量密度再高,遇到不一致性来搅局,电池包能力也会大打折扣。
解决动力锂电池热失控的主要方法

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   针对锂离子电池热失控的情况,目前国内主流的解决方法主要从外部保护和内部改进两个方面进行改进。外部保护主要是指系统方面的升级改进,内部改进是指针对电池本身进行提高。
 
(1)冷却方式的提升
   热管理系统主要负责控制温度,确保电池一直处在一个合理的运行温度下。通常,热管理系统由整车控制器控制,在电池包温度异常时,通过空调系统进行及时散热或者加热,保证电池安全以及寿命。电池的散热方式根据导热方式和介质的不同而分为四项:空气冷却(风冷)、液体冷却(水冷)、相变材料(固体)、和结合冷却(风冷/水冷 + 固体冷却)几种。
 
(2)内部材料及结构的改进
   内部改进即从电芯内部的材料结构上进行改造,从而使电池具备更好的耐热、散热性能。以目前的研究热点来说,发展固态电解液;对正负极进行结构改造;以及引入安全性更高的隔膜材料都是从内部提升电池热性能的主流方法之一。

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动力锂电池热失控的原因

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 (1)机械滥用
  主要发生在汽车碰撞时,由于外力的作用,锂电池单体、电池组发生变形,自身不同部位发生相对位移,导致电池隔膜被撕裂并发生内部短路; 易燃电解质泄漏最终引发起火。在机械滥用中,穿刺伤害最为严重,它可能会导体插入电池本体,造成正负极直接短路。相比之下,碰撞、挤压等,只是概率性的发生内短路,穿刺过程热量的生成更加剧烈,引发热失控的概率更高。
 
 (2)电滥用
  电滥用主要是对电池的使用不当造成的,有外部短路、过度充电和过度放电几种类型。其中,过渡放电导致的危害最小,但是由于过放造成的铜枝晶的增长会降低电池的安全性从而增加热失控的几率。外部短路是在两个存在压差的导体在电芯外部接通导致的结果,当外部短路发生时,电池产生的热量无法很好的散去时,电池温度也会随之上升,高温触发热失控。
过度充电是电滥用中危害最高的一种。由于过量的锂嵌入,锂枝晶在阳极表面生长。其次,锂的过度脱嵌导致阴极结构因发热和氧释放而崩溃(NCA阴极的氧释放)。氧气的释放加速了电解质的分解,产生大量气体。由于内部压力的增加,排气阀打开,电池开始排气。电芯中的活性物质与空气接触以后,发生剧烈反应,放出大量的热,从而引发电池包的燃烧起火。
 
 (3)热滥用
  热滥用主要指在电池中的局部过热,很少独立存在,往往是通过机械滥用和电气滥用发展而来,并且是最终直接触发热失控等事故的一种情况。热滥用一般多为外部环境高或者在温度控制系统不起作用下导致的电池热量过高从而造成的短路,从而引发热失控。从原因上说,热滥用的原因是最为复杂的,电池包的碰撞、损坏,电池内部的结构、性能或是其他热管理系统、空调系统的失灵都可能导致热滥用的发生。
 
 (4)内部短路
  内部短路是由电池的正负极直接接触,当然接触的程度不同,引发的后续反应也差别很大,通常由机械和热量滥用引起的大规模内部短路将直接导致热滥用。引发内部短路原因同样复杂,比如锂离子电池过度充电,枝晶积累到一定程度导致刺穿电池隔膜,从而发生内部短路 或是碰撞、穿刺伤害之后直接导致正负极接触而导致热失控。与外部因素产生的内部短路相比,源于电池制造过程中自发的缺陷而引起的内部短路,程度比较轻微,先天内部短路产生的热量很少,并不会立即触发热失控。而且这种内在缺陷会经过一段时间才会演化为程度较轻的内短路。
 
动力锂电池
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储能锂电池组的发展历史及其在数据中心的地位

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 当今IT行业的发展可谓日新月异,但储能电池却成了所有IT设备发展的一个主要瓶颈,因为很久以来电池的能量密度很难像芯片的摩尔定律一样定期升级翻倍。在数据中心,我们采用大量的铅酸免维护电池作为UPS备用储能,作为数据中心供电的最后一道防线,所有的负载安危都寄托在电池的可靠性上,但实际应用中我们发现30%以上的数据中心负载掉电是由于电池失效引起的。

 自从1859年法国人普兰特发明铅酸电池以来,铅酸电池技术发展非常缓慢,基本上没有大的突破。对于所有数据中心管理人员来说,铅酸电池始终是一个令人头疼却又不得不面对的事实。它对应用场景的要求很苛刻:环境温度既不能过低也不能过高;电池既怕经常放电又怕总不放电;使用时既不能快速充电还不能快速放电;需要独立的电池房间以避免酸雾侵蚀其它设备,电池占地空间巨大,楼板承重要求极高。

 随着市电供电环境的日趋改善,以及数据中心供电系统的高度冗余化设计,UPS配套蓄电池很少有真正发挥放电作用的时候。但却依然需要服务工程师定期维护和充放电以激活其性能。为了能够了解蓄电池这个“黑盒子”的真实性能,有些客户还专门配置了在线监测装置,以便实时了解每一只蓄电池的状态。所有这些措施都是为了让蓄电池在关键时刻能发挥作用,但是我们为此付出的代价似乎太大了。

 最近10年,以锂电池组为代表的新型储能电池已经在消费电子领域占据90%以上市场。而伴随着电动汽车行业的高速发展,今天的锂电池成本已经比5年前下降了70%。另一方面,自2016年以来席卷中国的环保风暴,已经使全国近80%的中小规模铅酸蓄电池工厂关闭,铅价成本的逐年上涨也使得铅酸电池成品价格水涨船高。这种此消彼长的趋势已经逼迫大多数铅酸电池工厂部分转型生产锂电池,因为这场储能技术的革命给整个铅酸电池行业带来的压力是致命的,不转型就会被淘汰。

储能锂电池

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动力型锂电池与普通锂电池的差别

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  1、功率上的区别 

  动力型锂电池与普通电池最大的差别,在于其放电功率大,比能量高。由于动力型电池主要用途为车用能源供给,所以相较于普通电池要有更高的放电功率。

  2、外形上的区别  

  动力电池:电池极片款而厚、隔膜也厚,可以承受12C-50C的放电倍率,但是容量小。普通电池:就是所谓的容量型电池,隔膜小不能一般最大只能承受2.5C放电

 3、电压上的区别 

 一般动力电池的工作电压比普通锂电池电压要低一些。普通锂电池充电电压最高是4.2V,动力锂电池最高充电电压是3.65V左右。普通锂电池标称电压是3.7V,动力锂电池标称电压是3.2V。

 4、性质不同   

 动力锂电池是指为交通运输工具提供动力的电池,一般是相对于为便携式电子设备提供能量的小型电池而言;而普通锂电池是一种以锂金属或锂合金为负极材料,使用非水电解质溶液的一次电池,与可充电电池锂离子电池跟锂离子聚合物电池是不一样的

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

动力锂电池的电芯种类有哪些

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        目前市面上主要有3种类型的移动电源电芯:18650电芯、聚合物电芯、磷酸铁锂电芯。消费者选购最好优选聚合物锂电池较好,其次是18650电芯,磷酸铁锂电芯的技术与前两者相比并不成熟,而且体积大,价格高的致命缺点导致了无法在移动电源中规模化。本文为大家介绍前两种电芯。 18650电芯 18650型锂电池指电池的直径为18mm,长度为65mm,0表示圆柱体型的电池。18650电芯的技术比较成熟,电池结构稳定、比容量高、综合性能突出,而且因为体积小巧可以在很多范围内使用。缺点是其安全性比聚合物锂电池差,电芯的循环次数较低,大约只有300次左右。聚合物电芯聚合物电芯与传统锂离子电池的区别在于生产工艺。锂电池是缠绕而成,体积较软。聚合物是叠加而成,体形较硬。相同体积的聚合物和锂电池,聚合物的容量更大,约高出30%以上。并且更安全,爆炸风险小。使用寿命长。充放电达到了500次以上。缺点是成本高,相同容量的聚合物电芯比18650锂离子电芯至少贵出100%。

 
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哪种电动车锂电池适合电动车

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      目前,市场上电动车锂电池主要有三种:三元锂、磷酸铁锂、锰酸锂,究竟哪种电动车锂电池更适合电动车使用,我们从几个方面对比一下:
1、能量密度 
      三元锂材料能量密度较高,一般都能达到180Wh/kg以上,磷酸铁锂与锰酸锂的能量密度在140-160Wh/kg左右。
2、循环寿命 
      三元锂材料理论循环使用寿命大概为1000次,磷酸铁锂为2000次;锰酸锂较差一些。
3、安全稳定性能 
      三元锂材料在200℃左右发生分解,化学反应更加剧烈,释放氧分子,在高温作用下电解液迅速燃烧,发生连锁反应;磷酸铁锂一般在700-800℃时发生分解,耐高温性强,相对安全。当然这是针对三元锂材料与磷酸铁锂材料而言,真正的成品电池,还需要考虑多种因素。
电动车锂电池电动车
               电动车锂电池电动车
4、价格对比 
      锰酸锂材料最低,每吨5-6万元,磷酸铁锂每吨8-10万元,价格适中,三元锂每吨16-20万元,价格最高。
从以上几方面对比及目前市场来看,三元电动车锂电池适用于续航里程要求更高的电动汽车,磷酸铁电动车锂电池凭借其安全稳定的性能以及更长的使用寿命将在电动自行车行业广泛应用。
AGV小车锂电池因何取胜

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   锂电池作为AGV小车的动力来源,其性能优劣直接影响AGV的工作效率和使用寿命。所以,选好AGV小车电池至关重要。

   AGV小车锂电池由于能量密度高,跟传统电池相比,锂电池体积和自重都比较小,容量高,输出电压高,同时具备良好的充放电循环功能,且使用更加安全、环保,非常符合AGV小车的使用要求。

AGV小车

AGV小车

    AGV小车锂电池组配备了BMS(电池管理系统),不仅能够准确计算锂电池组的剩余电量,并随时显示。 还能保证其维持在合理的范围内,防止由于过充电或过放电对锂电池造成损伤,使保定AGV小车锂电池综合性能提升了80%以上,目前很多保定AGV小车锂电池并没有BMS,无法计算锂电池剩余电量,只能固定跑一圈或者跑多少米就去充电,降低了工作效率。有了BMS之后,AGV小车就能随时掌握剩余电量及时充电。

    AGV小车要实现真正的智能化、自动化一定要搭配智能锂电池,保定AGV小车锂电池将以其卓越的性能为新时代物联网社会的建设提供智慧可靠的动力支持。

 

动力锂电池回收利用市场分析

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       动力锂电池是电动汽车内部的核心部件,为了分析未来动力锂电池的退役情况,本章首先分析了全球各主要市场(包括中国)近几年来电动汽车的销售量,分析发现动力锂电池大规模退役期即将到来,最后介绍了我国在锂电池领域出台的法律法规和相关标准。具体可以得出如下几点结论:
 
     (1)2000年以后全球电动汽车市场得到快速发展,各主要国家的电动汽车销量逐年增长。受中国环保政策收紧的影响, 2017年全球一半以上的纯电动汽车销售发生在中国。
 
     (2)根据预测,动力锂电池的退役量将从目前的2Gwh发展为2025年的93Gwh,增长率高达4650%,其中三元电池将在2022年超过磷酸铁锂电池成为主流退役动力锂电池。
 
     (3)根据预测,动力锂电池的市场容量也随动力锂电池的退役保持高速增长,市场总规模从目前的30亿元增长到2025年的379亿元,其中可再生利用部分从目前的22亿元发展到2025年的97亿元,可梯级利用的部分从目前的1亿元发展到2025年的47亿元。

     (4)为了推动动力锂电池的回收利用,近几年,工信部、发改委、国务院、环保部、商务部、质检总局、国家标准化管理委员会密集出台了多项法律法规和标准,极大的推动了动力锂电池的回收利用。 

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