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動力鋰電池的四大關鍵主材

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 動力電池有四大關鍵材料,那就是負極材料、正極材料、電解液和隔膜。岳敏認為,未來鋰離子電池材料一定是中國企業說了算,因為中國鋰離子電池材料供應商已經實現了從“模仿-跟進-趕上”的跨越,現在已經處在陸續“趕超”的路上。

在正極材料方面,國內企業不論是技術,還是規模都正在形成“后來居上”之勢,未來發展前景可期;
在負極材料方面,國內企業具有全面領先的優勢,行業地位已經形成,短期內難以被超越;
在電解液方面,由于專利和核心添加劑被外企把控,加之配方又受制于客戶端,國內電解液廠家實際上已經淪為了代工廠;
在隔膜方面,國內企業技術進步緩慢,新的體系未獲得突破,未能從本質上解決問題,行業需要攪局者。岳敏舉例說,為了提高隔膜的熱穩定性和對電解液的浸潤性,國內企業一般都會在隔膜上涂上一層陶瓷或者有機物涂膠,最多的甚至會涂上5層,雖然涂層后性能會有所提升,但同時也占用了電池空間,增加了電池重量。
此外,電池輔助材料雖然很重要,但一直不被國內企業所重視,因此輔助材料長期被外企所壟斷,也最容易被卡脖子。
動力鋰電池如何應對不一致性,你知道嗎

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電芯性能的不一致,都是在生產過程中形成,在使用過程中加深。同一個電池組內的電芯,弱者恒弱,且加速變弱。單體電芯之間參數的離散程度,隨著老化程度的加深而加大。

當前,工程師應對單體電芯不一致,主要從三個方面考慮。單體電池分選,成組后熱管理,出現少量不一致時電池管理系統提供均衡功能。

1分選
 
不同批次的電芯,理論上不放在一起使用。即使相同批次的電芯,也需要經過篩選,把參數相對集中的電芯放在一個電池組里,同一個電池包里。
 
分選的目的,是把參數相近的電芯挑選出來。分選方法,被研究了很多年,主要分靜態分選和動態分選兩大類。
靜態分選,針對電芯的開路電壓,內阻,容量等特性參數進行篩選,選取目標參數,引入統計算法,設定篩選標準,最后將同一批次的電芯區分成若干組。
 
動態篩選,是針對電芯在充放電過程中表現出來的特性進行篩選,有的選擇恒流恒壓充電過程,有的選取脈沖沖擊充放電過程,有的對比自身的充電和放電曲線之間的關系。
 
動靜結合分選,用靜態篩選做初步分組,在此基礎上進行動態篩選,這樣劃分出來的組別更多,篩選準確性更高,但成本也會相應上升。
 
這里就小小體現了一把動力鋰電池生產規模的重要性。大規模出貨,使得廠家可以進行更精細的分選,得到性能更接近的電池組。如果產量太小,分組過多,一個批次都無法裝備一個電池包,再好的方法也無法施展了。
 
2熱管理
 
針對內阻不一致電芯,產生熱量不相同問題。熱管理系統的加入,可以調節整個電池組的溫差,使之保持在一個較小的范圍里。生成熱量較多的電芯,依然溫升偏高,但不會與其他電芯拉開差距,劣化水平就不會出現明顯的差距。
 
3均衡
 
電芯單體的不一致,某些電芯端電壓,總是超前于其他電芯,最先到達控制閾值,導致整個系統容量變小。為了解決這個問題,電池管理系統BMS設計了均衡功能。
某一顆電芯率先到達充電截止電壓,而其余眾電芯電壓明顯滯后,BMS起動充電均衡功能,或者接入電阻,放掉高電壓電芯的部分電量,或者把能量轉移走,放到低電壓電芯上去。這樣,充電截止條件被解除,充電過程重新開始,電池包充入更多電量。
直到現在,電芯的不一致性,仍然是行業內研究的重要領域。電芯能量密度再高,遇到不一致性來攪局,電池包能力也會大打折扣。
解決動力鋰電池熱失控的主要方法

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   針對鋰離子電池熱失控的情況,目前國內主流的解決方法主要從外部保護和內部改進兩個方面進行改進。外部保護主要是指系統方面的升級改進,內部改進是指針對電池本身進行提高。
 
(1)冷卻方式的提升
   熱管理系統主要負責控制溫度,確保電池一直處在一個合理的運行溫度下。通常,熱管理系統由整車控制器控制,在電池包溫度異常時,通過空調系統進行及時散熱或者加熱,保證電池安全以及壽命。電池的散熱方式根據導熱方式和介質的不同而分為四項:空氣冷卻(風冷)、液體冷卻(水冷)、相變材料(固體)、和結合冷卻(風冷/水冷 + 固體冷卻)幾種。
 
(2)內部材料及結構的改進
   內部改進即從電芯內部的材料結構上進行改造,從而使電池具備更好的耐熱、散熱性能。以目前的研究熱點來說,發展固態電解液;對正負極進行結構改造;以及引入安全性更高的隔膜材料都是從內部提升電池熱性能的主流方法之一。

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動力鋰電池熱失控的原因

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 (1)機械濫用
  主要發生在汽車碰撞時,由于外力的作用,鋰電池單體、電池組發生變形,自身不同部位發生相對位移,導致電池隔膜被撕裂并發生內部短路; 易燃電解質泄漏最終引發起火。在機械濫用中,穿刺傷害最為嚴重,它可能會導體插入電池本體,造成正負極直接短路。相比之下,碰撞、擠壓等,只是概率性的發生內短路,穿刺過程熱量的生成更加劇烈,引發熱失控的概率更高。
 
 (2)電濫用
  電濫用主要是對電池的使用不當造成的,有外部短路、過度充電和過度放電幾種類型。其中,過渡放電導致的危害最小,但是由于過放造成的銅枝晶的增長會降低電池的安全性從而增加熱失控的幾率。外部短路是在兩個存在壓差的導體在電芯外部接通導致的結果,當外部短路發生時,電池產生的熱量無法很好的散去時,電池溫度也會隨之上升,高溫觸發熱失控。
過度充電是電濫用中危害最高的一種。由于過量的鋰嵌入,鋰枝晶在陽極表面生長。其次,鋰的過度脫嵌導致陰極結構因發熱和氧釋放而崩潰(NCA陰極的氧釋放)。氧氣的釋放加速了電解質的分解,產生大量氣體。由于內部壓力的增加,排氣閥打開,電池開始排氣。電芯中的活性物質與空氣接觸以后,發生劇烈反應,放出大量的熱,從而引發電池包的燃燒起火。
 
 (3)熱濫用
  熱濫用主要指在電池中的局部過熱,很少獨立存在,往往是通過機械濫用和電氣濫用發展而來,并且是最終直接觸發熱失控等事故的一種情況。熱濫用一般多為外部環境高或者在溫度控制系統不起作用下導致的電池熱量過高從而造成的短路,從而引發熱失控。從原因上說,熱濫用的原因是最為復雜的,電池包的碰撞、損壞,電池內部的結構、性能或是其他熱管理系統、空調系統的失靈都可能導致熱濫用的發生。
 
 (4)內部短路
  內部短路是由電池的正負極直接接觸,當然接觸的程度不同,引發的后續反應也差別很大,通常由機械和熱量濫用引起的大規模內部短路將直接導致熱濫用。引發內部短路原因同樣復雜,比如鋰離子電池過度充電,枝晶積累到一定程度導致刺穿電池隔膜,從而發生內部短路 或是碰撞、穿刺傷害之后直接導致正負極接觸而導致熱失控。與外部因素產生的內部短路相比,源于電池制造過程中自發的缺陷而引起的內部短路,程度比較輕微,先天內部短路產生的熱量很少,并不會立即觸發熱失控。而且這種內在缺陷會經過一段時間才會演化為程度較輕的內短路。
 
動力鋰電池
動力鋰電池
 

 

儲能鋰電池組的發展歷史及其在數據中心的地位

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 當今IT行業的發展可謂日新月異,但儲能電池卻成了所有IT設備發展的一個主要瓶頸,因為很久以來電池的能量密度很難像芯片的摩爾定律一樣定期升級翻倍。在數據中心,我們采用大量的鉛酸免維護電池作為UPS備用儲能,作為數據中心供電的最后一道防線,所有的負載安危都寄托在電池的可靠性上,但實際應用中我們發現30%以上的數據中心負載掉電是由于電池失效引起的。

 自從1859年法國人普蘭特發明鉛酸電池以來,鉛酸電池技術發展非常緩慢,基本上沒有大的突破。對于所有數據中心管理人員來說,鉛酸電池始終是一個令人頭疼卻又不得不面對的事實。它對應用場景的要求很苛刻:環境溫度既不能過低也不能過高;電池既怕經常放電又怕總不放電;使用時既不能快速充電還不能快速放電;需要獨立的電池房間以避免酸霧侵蝕其它設備,電池占地空間巨大,樓板承重要求極高。

 隨著市電供電環境的日趨改善,以及數據中心供電系統的高度冗余化設計,UPS配套蓄電池很少有真正發揮放電作用的時候。但卻依然需要服務工程師定期維護和充放電以激活其性能。為了能夠了解蓄電池這個“黑盒子”的真實性能,有些客戶還專門配置了在線監測裝置,以便實時了解每一只蓄電池的狀態。所有這些措施都是為了讓蓄電池在關鍵時刻能發揮作用,但是我們為此付出的代價似乎太大了。

 最近10年,以鋰電池組為代表的新型儲能電池已經在消費電子領域占據90%以上市場。而伴隨著電動汽車行業的高速發展,今天的鋰電池成本已經比5年前下降了70%。另一方面,自2016年以來席卷中國的環保風暴,已經使全國近80%的中小規模鉛酸蓄電池工廠關閉,鉛價成本的逐年上漲也使得鉛酸電池成品價格水漲船高。這種此消彼長的趨勢已經逼迫大多數鉛酸電池工廠部分轉型生產鋰電池,因為這場儲能技術的革命給整個鉛酸電池行業帶來的壓力是致命的,不轉型就會被淘汰。

儲能鋰電池

儲能鋰電池

動力型鋰電池與普通鋰電池的差別

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  1、功率上的區別 

  動力型鋰電池與普通電池最大的差別,在于其放電功率大,比能量高。由于動力型電池主要用途為車用能源供給,所以相較于普通電池要有更高的放電功率。

  2、外形上的區別  

  動力電池:電池極片款而厚、隔膜也厚,可以承受12C-50C的放電倍率,但是容量小。普通電池:就是所謂的容量型電池,隔膜小不能一般最大只能承受2.5C放電

 3、電壓上的區別 

 一般動力電池的工作電壓比普通鋰電池電壓要低一些。普通鋰電池充電電壓最高是4.2V,動力鋰電池最高充電電壓是3.65V左右。普通鋰電池標稱電壓是3.7V,動力鋰電池標稱電壓是3.2V。

 4、性質不同   

 動力鋰電池是指為交通運輸工具提供動力的電池,一般是相對于為便攜式電子設備提供能量的小型電池而言;而普通鋰電池是一種以鋰金屬或鋰合金為負極材料,使用非水電解質溶液的一次電池,與可充電電池鋰離子電池跟鋰離子聚合物電池是不一樣的。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

動力鋰電池的電芯種類有哪些

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        目前市面上主要有3種類型的移動電源電芯:18650電芯、聚合物電芯、磷酸鐵鋰電芯。消費者選購最好優選聚合物鋰電池較好,其次是18650電芯,磷酸鐵鋰電芯的技術與前兩者相比并不成熟,而且體積大,價格高的致命缺點導致了無法在移動電源中規模化。本文為大家介紹前兩種電芯。 18650電芯 18650型鋰電池指電池的直徑為18mm,長度為65mm,0表示圓柱體型的電池。18650電芯的技術比較成熟,電池結構穩定、比容量高、綜合性能突出,而且因為體積小巧可以在很多范圍內使用。缺點是其安全性比聚合物鋰電池差,電芯的循環次數較低,大約只有300次左右。聚合物電芯聚合物電芯與傳統鋰離子電池的區別在于生產工藝。鋰電池是纏繞而成,體積較軟。聚合物是疊加而成,體形較硬。相同體積的聚合物和鋰電池,聚合物的容量更大,約高出30%以上。并且更安全,爆炸風險小。使用壽命長。充放電達到了500次以上。缺點是成本高,相同容量的聚合物電芯比18650鋰離子電芯至少貴出100%。

 
河北鑫動力

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哪種電動車鋰電池適合電動車

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      目前,市場上電動車鋰電池主要有三種:三元鋰、磷酸鐵鋰、錳酸鋰,究竟哪種電動車鋰電池更適合電動車使用,我們從幾個方面對比一下:
1、能量密度 
      三元鋰材料能量密度較高,一般都能達到180Wh/kg以上,磷酸鐵鋰與錳酸鋰的能量密度在140-160Wh/kg左右。
2、循環壽命 
      三元鋰材料理論循環使用壽命大概為1000次,磷酸鐵鋰為2000次;錳酸鋰較差一些。
3、安全穩定性能 
      三元鋰材料在200℃左右發生分解,化學反應更加劇烈,釋放氧分子,在高溫作用下電解液迅速燃燒,發生連鎖反應;磷酸鐵鋰一般在700-800℃時發生分解,耐高溫性強,相對安全。當然這是針對三元鋰材料與磷酸鐵鋰材料而言,真正的成品電池,還需要考慮多種因素。
電動車鋰電池電動車
               電動車鋰電池電動車
4、價格對比 
      錳酸鋰材料最低,每噸5-6萬元,磷酸鐵鋰每噸8-10萬元,價格適中,三元鋰每噸16-20萬元,價格最高。
從以上幾方面對比及目前市場來看,三元電動車鋰電池適用于續航里程要求更高的電動汽車,磷酸鐵電動車鋰電池憑借其安全穩定的性能以及更長的使用壽命將在電動自行車行業廣泛應用。
AGV小車鋰電池因何取勝

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   鋰電池作為AGV小車的動力來源,其性能優劣直接影響AGV的工作效率和使用壽命。所以,選好AGV小車電池至關重要。

   AGV小車鋰電池由于能量密度高,跟傳統電池相比,鋰電池體積和自重都比較小,容量高,輸出電壓高,同時具備良好的充放電循環功能,且使用更加安全、環保,非常符合AGV小車的使用要求。

AGV小車

AGV小車

    AGV小車鋰電池組配備了BMS(電池管理系統),不僅能夠準確計算鋰電池組的剩余電量,并隨時顯示。 還能保證其維持在合理的范圍內,防止由于過充電或過放電對鋰電池造成損傷,使保定AGV小車鋰電池綜合性能提升了80%以上,目前很多保定AGV小車鋰電池并沒有BMS,無法計算鋰電池剩余電量,只能固定跑一圈或者跑多少米就去充電,降低了工作效率。有了BMS之后,AGV小車就能隨時掌握剩余電量及時充電。

    AGV小車要實現真正的智能化、自動化一定要搭配智能鋰電池,保定AGV小車鋰電池將以其卓越的性能為新時代物聯網社會的建設提供智慧可靠的動力支持。

 

動力鋰電池回收利用市場分析

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       動力鋰電池是電動汽車內部的核心部件,為了分析未來動力鋰電池的退役情況,本章首先分析了全球各主要市場(包括中國)近幾年來電動汽車的銷售量,分析發現動力鋰電池大規模退役期即將到來,最后介紹了我國在鋰電池領域出臺的法律法規和相關標準。具體可以得出如下幾點結論:
 
     (1)2000年以后全球電動汽車市場得到快速發展,各主要國家的電動汽車銷量逐年增長。受中國環保政策收緊的影響, 2017年全球一半以上的純電動汽車銷售發生在中國。
 
     (2)根據預測,動力鋰電池的退役量將從目前的2Gwh發展為2025年的93Gwh,增長率高達4650%,其中三元電池將在2022年超過磷酸鐵鋰電池成為主流退役動力鋰電池。
 
     (3)根據預測,動力鋰電池的市場容量也隨動力鋰電池的退役保持高速增長,市場總規模從目前的30億元增長到2025年的379億元,其中可再生利用部分從目前的22億元發展到2025年的97億元,可梯級利用的部分從目前的1億元發展到2025年的47億元。

     (4)為了推動動力鋰電池的回收利用,近幾年,工信部、發改委、國務院、環保部、商務部、質檢總局、國家標準化管理委員會密集出臺了多項法律法規和標準,極大的推動了動力鋰電池的回收利用。 

河北鑫動力

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