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電池知識

如何保證電池本身能夠接受較大的電流,且不影響電池各方面性能,還能保證安全?

來源:寶鄂實(shí)業(yè)    2019-05-18 18:49    點(diǎn)擊量:

首先我想和大家討論一個問題,你所認(rèn)為的汽車最佳續(xù)航里程是多少?就我個人觀點(diǎn)而言,500公里足矣。試想一下,隨著國家交通的發(fā)展,高速、高鐵、飛機(jī)給人們的出行帶來了很大便利。在城市里面,通勤族們一天不會需要駕駛這么久;跨越一個省,假設(shè)幾百公里不等,中國未來有著全世界最密集的高鐵網(wǎng),方便、快捷,會是很多人選擇高鐵跨?。辉龠h(yuǎn)一點(diǎn),去到更遠(yuǎn)的地方,隨著人們生活水平的提升,越來越注重時間的可貴,遠(yuǎn)距離,我們會選擇飛機(jī),更加快捷便利。至于共享汽車的發(fā)展,此處我們就不討論了。

假設(shè)我們認(rèn)定500公里續(xù)航可以,那么我們可以像建立加油站一樣,建立充電站。重要的問題來了,我們到達(dá)一個地方,總是希望休息一會就走,剛才說了,時間很寶貴。所以我們不希望充電的時間很長,快充就很有必要了。

說了這么多,我就想陳述一個觀點(diǎn),在現(xiàn)有實(shí)現(xiàn)500km續(xù)航的基礎(chǔ)上穩(wěn)定研發(fā),發(fā)展便捷式充電樁,并實(shí)現(xiàn)快充。某某車展、或者某某展會后,總是會經(jīng)??吹侥衬彻就瞥隽四衬畴姵?,充電幾分鐘,續(xù)航幾百里,解決你的里程焦慮問題。當(dāng)然,理論是是存在的,這個我們必須承認(rèn),實(shí)際情況是現(xiàn)階段并沒有能夠?qū)崿F(xiàn)大量快充的必要條件,究其原因,錯綜復(fù)雜,小編就快充,整理了一些看法,若有不當(dāng),還請指正。

什么叫快充?

其實(shí)這個并沒有標(biāo)準(zhǔn)文獻(xiàn)給出具體的數(shù)值,充電的速度,我們通常用C倍率來表示,簡單理解就是1C充電,即一個小時充滿,2C充電,即半個小時充滿,數(shù)值越大,充電速度越快。當(dāng)然,充電就像喝水,不是說你想要多塊就能有多塊的,你能接受礦泉水瓶子大口喝水,小孩子卻只能用勺子喂水。網(wǎng)上經(jīng)常有一些充電半小時,充滿80%電量的宣傳,且不論是不是一些商業(yè)噱頭,我們姑且認(rèn)為這個條件,1.6C為快充的臨界參考值吧。剛才說快充并不是那么容易實(shí)現(xiàn),那么究竟有哪些困難咧?下面我們就一塊挖一挖主要有哪些困難。

 

 

打鐵還需自身硬,快充對電池的要求

說到電池,這個我想是最重要的也是最難以實(shí)現(xiàn)的,如何保證電池本身能夠接受較大的電流,且不影響電池各方面性能,還能保證安全這就不是一件容易的事。一個電池,我們把它分成了幾個部分,正極、負(fù)極、隔膜、電解液。

1 正極

對于正極材料來說,市場上主流的磷酸鐵鋰、三元電池、錳酸鋰,各有其優(yōu)缺點(diǎn)。理論上來說,各種正極材料均可以用來做快充型電池。磷酸鐵鋰有著良好的安全性能;三元電池本身基友很好的電導(dǎo)性,但是比較活潑,所以安全較為重視;錳酸鋰則是具有良好的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性,故而有良好的壽命循環(huán)。快充,需要材料具有良好的電導(dǎo)性,增強(qiáng)離子的脫嵌和插入的速度,通常我們還會增加一些導(dǎo)電劑。

2 負(fù)極

鋰電池在充電的時候,離子從正極跑到負(fù)極,如果負(fù)極沒有良好的嵌鋰能力,則會造成鋰枝晶的形成,造成不可逆容量衰減,嚴(yán)重的枝晶還會刺穿隔膜,造成電池內(nèi)部短路。所以快充在負(fù)極的難點(diǎn)就是如何能讓鋰離子在負(fù)極的快速嵌入。

目前市面上常用的是石墨,可以說一人之上,處于統(tǒng)治地位,無法撼動。除了便宜,他也還有很多的優(yōu)點(diǎn),良好的加工性能,能量密度也較為滿意,可是他在鋰離子嵌入的時候,具有很強(qiáng)的方向性,表面對電解液敏感,故而需要進(jìn)一步提升。硅負(fù)極的話,咱先不說,如何解決充電后的膨脹,現(xiàn)在任然是一個難題,現(xiàn)階段不能實(shí)現(xiàn)商業(yè)化。

3 隔膜

對于倍率電芯而言,大電流下要求更高,簡而言之就是降低內(nèi)阻,保持控血通暢,使鋰離子能夠快速游過。并且還能保證溫度變高的時候,隔膜不會收縮,避免電池短路。現(xiàn)在用的比較多的陶瓷復(fù)合涂膠隔膜,有很大程度的改善。

4 電解液

這個對電池的快充影響很大,要滿足快充,電解液需要滿足高的導(dǎo)電率,不與正負(fù)極反應(yīng),通常,我們在滿足基本要求的前提下,會加入一些添加劑,比如抗高溫、阻燃、防過充添加劑等。如何讓鋰離子在里面快速的游泳,除了增加電動勢,電解液也需要由良好的性能。

舉個栗子,上圖為涂敷厚度為 100 μm 的極片在不同軋制溫度下的厚度曲線,如圖所示:隨著軋制溫度由 20°C 增加為 90°C 再增加為160°C,極片厚度偏差由±1.9μm 降低為±1.3 μm 再降低為±0.8μm,極片厚度一致性逐漸提高,這是因?yàn)殡S著軋制溫度的增加,極片涂層變形抗力減小,可塑性變好,使得極片表面厚度更加均勻。

有研究表明,熱輥相對于冷輥,主要有以下作用:

1,極少極片反彈,能減少約50%;

2,可用較小的輥制力將極片壓至工藝要求的厚度和面密度,最大可減少62%,一般減少35%-45%;

3,減少電池極片粘結(jié)劑微裂紋,提高粘結(jié)劑性能,提高電池循環(huán)壽命,減少因壓力過大損壞箔材;

4,克服冷輥摩擦溫升造成的極片厚度不一致,

5,熱輥較冷輥制成極片吸液量減少7.31%,內(nèi)阻減少9.46%.

 

充電設(shè)備為何難以滿足?

說完了電池,咱不得不說一下充電設(shè)備了,你可以理解成充電樁機(jī)器配套設(shè)施。這里我主要想從兩個方面來說明一下。

 

我們說說特斯拉的充電樁,其名曰超級充電樁,它的功率是120kW。按照特斯拉Model S85D的參數(shù),96s75p,232.5Ah,最高403V計(jì)算,其1.6C對應(yīng)最大需求功率為149.9kW。從這里就可以看到,對于長續(xù)航純電動車型,1.6C或者說30分鐘充滿80%已經(jīng)對充電樁構(gòu)成考驗(yàn)。

在國家標(biāo)準(zhǔn)中,不允許在原來的居民用電網(wǎng)絡(luò)中直接設(shè)置充電站。1臺快充樁的用電功率就已經(jīng)超出幾十戶居民的用電量。因此,充電站都需要單獨(dú)設(shè)置10kV變壓器,而一個區(qū)域的配電網(wǎng)絡(luò)并非都有余量增加更多的10kV變電站。這是在城市小區(qū)建立能夠滿足快充的充電樁硬件上的困難。

我們再從另外一個角度說說這個充電樁。依稀記得去年新能源汽車與充電樁比為3.5:1,今年則是接近8:1,意味著每8臺車平均用一個充電樁,不夠用!為啥?

因?yàn)椴粧赍X啊,掙錢大家都去了。其實(shí)在我之前的一片文章,有專門講充電樁的盈利模式,感興趣的可以回頭翻翻,此處不再贅述。成本回收時間長,利潤低,導(dǎo)致很多樁企望而卻步。

結(jié)語

 

能量密度與快充性能,在同一只電池中,可以說是天平的兩個方向,不可兼得。電池能量密度的追求,目前看是主流。當(dāng)能量密度足夠高,一臺車裝載電量足夠大,足以避免所謂“里程焦慮”,比如充電一次,跑1000公里,那么電池倍率充電性能的需求就會降低;同時,電量大了,如果電池成本不夠低,那么是否要卯足勁的購買足以“不焦慮”的電量,就需要消費(fèi)者做出選擇,這么一想,快充就有存在的價值。另外一個角度,就是昨天提到的快充配套設(shè)施成本,這當(dāng)然是整個社會推電動化的成本的一部分??斐浼夹g(shù)是否能夠得到大面積推廣,能量密度和快充技術(shù)誰發(fā)展的快,兩個技術(shù)誰降成本降得狠,可能對其未來前途起到相當(dāng)?shù)臎Q定性作用。

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