什么是圓柱形鋰離子電池，圓柱形鋰離子電池的最新研究
來源：寶鄂實(shí)業(yè)
2019-04-05 17:14
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據(jù)悉，目前國際上已見報(bào)道的圓柱形單體鋰離子電池最大容量為50Ah，我國研制的這種圓柱形單體400Ah電池的容量堪稱世界“巨無霸”。據(jù)該項(xiàng)目負(fù)責(zé)人、天津大學(xué)教授唐致遠(yuǎn)介紹，當(dāng)前電動汽車領(lǐng)域普遍采用眾多小容量鋰離子電池通過串并聯(lián)的方式提供動力，比如驅(qū)動一輛12米長33座電動大巴至少需要數(shù)千塊10Ah小電池進(jìn)行串并聯(lián)組合。這種方式會使電池管理系統(tǒng)（BMS）和控制系統(tǒng)過于復(fù)雜，從而增加了電池安全隱患等問題。采用這種“巨無霸”電池恰恰突破了這一“瓶頸”，只需200塊左右的電池就可以了。大大減小了控制過程中實(shí)現(xiàn)均衡的難度，提高了汽車的安全性和經(jīng)濟(jì)性。
據(jù)介紹，在正負(fù)極材料上，這種電池首次結(jié)合應(yīng)用了熱穩(wěn)定性好及結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的磷酸鐵鋰和鈦酸鋰電極材料，從而提高了電池的安全性能，不會因過充、高溫、短路、撞擊而導(dǎo)致爆炸。其不銹鋼的“外衣”則具備熱傳導(dǎo)速度快、散熱性強(qiáng)、耐壓和抗撞擊性好的特點(diǎn)。在使用壽命上，這種電池預(yù)計(jì)的循環(huán)次數(shù)達(dá)到8000次以上，是一般鋰電池壽命的2—4倍。目前，這種“巨無霸”電池投入了小批量生產(chǎn)，明年將在遼寧省錦州國家級經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)龍棲灣正式投產(chǎn)。
一種超大容量圓柱形單體400Ah鋰離子電池近期由天津大學(xué)和北京天路能源有限公司聯(lián)合研制成功。今天,天津市科技評價(jià)中心組織有關(guān)專家在天津大學(xué)對這一成果進(jìn)行了鑒定。出席鑒定會的院士和相關(guān)專家認(rèn)為，這項(xiàng)成果系統(tǒng)地研究并解決了圓柱形動力鋰離子電池在正負(fù)極材料匹配、工藝配方優(yōu)化和電池內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等方面存在的關(guān)鍵技術(shù)問題，為大容量、高安全性、長壽命新型動力電池的研究開辟了一條新途徑。經(jīng)檢索認(rèn)定這一成果具有國際先進(jìn)水平。
據(jù)悉，目前國際上已見報(bào)道的圓柱形單體鋰離子電池最大容量為50Ah，我國研制的這種圓柱形單體400Ah電池的容量堪稱世界“巨無霸”。據(jù)該項(xiàng)目負(fù)責(zé)人、天津大學(xué)教授唐致遠(yuǎn)介紹，當(dāng)前電動汽車領(lǐng)域普遍采用眾多小容量鋰離子電池通過串并聯(lián)的方式提供動力，比如驅(qū)動一輛12米長33座電動大巴至少需要數(shù)千塊10Ah小電池進(jìn)行串并聯(lián)組合。這種方式會使電池管理系統(tǒng)（BMS）和控制系統(tǒng)過于復(fù)雜，從而增加了電池安全隱患等問題。采用這種“巨無霸”電池恰恰突破了這一“瓶頸”，只需200塊左右的電池就可以了。大大減小了控制過程中實(shí)現(xiàn)均衡的難度，提高了汽車的安全性和經(jīng)濟(jì)性。
據(jù)介紹，在正負(fù)極材料上，這種電池首次結(jié)合應(yīng)用了熱穩(wěn)定性好及結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的磷酸鐵鋰和鈦酸鋰電極材料，從而提高了電池的安全性能，不會因過充、高溫、短路、撞擊而導(dǎo)致爆炸。其不銹鋼的“外衣”則具備熱傳導(dǎo)速度快、散熱性強(qiáng)、耐壓和抗撞擊性好的特點(diǎn)。在使用壽命上，這種電池預(yù)計(jì)的循環(huán)次數(shù)達(dá)到8000次以上，是一般鋰電池壽命的2—4倍。目前，這種“巨無霸”電池投入了小批量生產(chǎn)，明年將在遼寧省錦州國家級經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)龍棲灣正式投產(chǎn)。
預(yù)測值在電池實(shí)際能夠持續(xù)的循環(huán)次數(shù)有限范圍以內(nèi)，此外，該算法根據(jù)電池前5次充放電循環(huán)將電池分類為長壽命電池或短壽命電池。而且，95%的預(yù)測結(jié)果都是正確的。該機(jī)器學(xué)習(xí)方法能夠加速新型電池設(shè)計(jì)以及其他應(yīng)用的研發(fā)，減少生產(chǎn)時(shí)間和成本。研究人員已經(jīng)將該數(shù)據(jù)集公開，該數(shù)據(jù)集是同類數(shù)據(jù)集中最大的。
該項(xiàng)目的一個(gè)重點(diǎn)是找到一種更好的方法，10分鐘內(nèi)給電池充滿電，該功能可能會加速電動汽車的普及。為了生成訓(xùn)練數(shù)據(jù)集，該研究小組對電池不斷進(jìn)行充放電，直到電池的使用壽命殆盡，其中研究人員將電池容量損失定義為20%。在優(yōu)化快速充電的過程中，研究人員想弄清楚，是否有必要一直將電池耗盡，答案能否從電池早期充放電循環(huán)中找到呢？
斯坦福/MIT/豐田合作 研究預(yù)測電池壽命
一般來說，鋰離子電池的容量在一段時(shí)間內(nèi)是穩(wěn)定的，然后才會急劇下降。大多數(shù)消費(fèi)者都知道，急劇下降點(diǎn)會存在很大差異。在該項(xiàng)目中，使用的電池可以持續(xù)150至2300次循環(huán)，循環(huán)次數(shù)的差異部分是由于測試了不同的快速充電方法，但是電池制造的差異也造成了電池循環(huán)次數(shù)的差異。
研究人員研發(fā)的新方法有很多潛在應(yīng)用。例如，可以縮短新型電池的驗(yàn)證時(shí)間，考慮到電池材料的發(fā)展迅速，縮短驗(yàn)證時(shí)間非常重要。此外，有了此類分類技術(shù)，對于電動汽車來說壽命較短的電池，可以用于給路燈供電，或者作為數(shù)據(jù)中心的備用電源。此外，回收電池的公司也可以從二手電動汽車電池組中找到容量足夠的電池，進(jìn)行二次使用。
