Плотность энергии литий-ионных батарей

Можно сказать, что плотность энергии является самым большим узким местом, ограничивающим развитие литий-ионных батарей. Будь то мобильный телефон или электромобиль, люди ожидают, что плотность энергии батареи достигнет нового порядка, так что срок службы батареи или пробег продукта больше не являются основным фактором, который влияет на продукт.

От батареи в свинцово-кислоте до никель-кадмиевых аккумуляторов до гидридных батарей никеля, до литий-ионных батарей, плотность энергии все время улучшается. Но скорость улучшения слишком медленная по сравнению с темпами развития в промышленном масштабе и по сравнению со шкалом потребностей в энергии человека. Некоторые люди даже шутят, что человеческий прогресс застрял в «батареи». Конечно, если однажды может быть достигнута глобальная беспроводная передача энергии, с «беспроводным» доступом к электричеству повсюду (например, сигналы мобильного телефона), то людям больше не понадобятся батареи, а социальное развитие, конечно, не застрянет в батарея.

В ответ на ситуацию, когда плотность энергии стала узким местом, страны по всему миру сформулировали соответствующие политические цели для индустрии аккумулятора, надеясь привести к тому, что аккумуляторная отрасль для достижения значительных прорывов в области энергетической плотности. Целевые показатели 2020 года, поставленные правительствами или отраслевыми организациями в Китае, Соединенных Штатах, Японии и других странах в основном указывают на стоимость 300 часов/кг, что почти удваивается на текущей основе. Долгосрочная цель на 2030 год составляет 500 часов/кг или даже 700WH/кг, и для достижения химии потребуется серьезный прорыв в химии.

Есть много факторов, которые влияют на плотность энергии литиевых батарей, с точки зрения существующей химической системы и структуры литий-ионных батарей, каковы очевидные ограничения?

Мы анализировали ранее, как носитель электрической энергии, на самом деле, является литийным элементом в батарее, другие вещества - «отходы», но для получения стабильного, устойчивого, безопасного носителя электрической энергии, эти «отходы» необходимы. Полем Например, в литий-ионной батареи масса лития, как правило, чуть более 1%, а остальные 99% компонентов-это другие вещества, которые не имеют функции хранения энергии. У Эдисона есть знаменитая поговорка: успех составляет 99% пот плюс 1% таланта, кажется, что эта истина - универсальная ах, 1% - красные цветы, оставшиеся 99% - зеленые листья, а это не так.

Таким образом, чтобы увеличить плотность энергии, наша первая мысль состоит в том, чтобы увеличить долю литийных элементов, одновременно позволяя как можно больше литий -ионов, чтобы исчерпывать положительный электрод, перейти к отрицательному электроду, а затем нужно вернуться из отрицательного электрода (Не может быть уменьшено), цикл обработки энергии.

1. Увеличьте количество положительных активных веществ

Увеличение доли положительных активных материалов в основном для увеличения доли лития, в той же системе химии батареи содержание лития увеличивается (другие условия остаются неизменными), а плотность энергии также будет соответственно улучшена. Таким образом, в пределах определенных ограничений объема и веса мы хотим более позитивного активного материала и более активного материала.

2. Увеличьте количество отрицательного активного материала

Это связано с тем, что для того, чтобы не отставать от увеличения положительного активного материала, необходимо более отрицательное активное материал для размещения ионов лития, которые плавают и хранили энергию. Если не хватает отрицательного активного материала, дополнительные ионы лития будут осаждены на отрицательной поверхности, а не встроены внутрь, вызывая необратимые химические реакции и потерю емкости аккумулятора.

3. Улучшение удельной способности материала положительного электрода (Грамовая емкость)

Количество положительного активного материала ограничено и не может быть увеличено на неопределенный срок. Для заданного количества положительного активного материала только как можно больше ионов лития удаляются из положительного электрода, чтобы участвовать в химических реакциях, чтобы увеличить плотность энергии. Поэтому мы надеемся, что массовая доля съемных литий -ионов относительно положительного активного материала высока, то есть удельный индекс емкости высок.

По этой причине мы изучаем и выбираем различные катодные материалы, от литий -кобальта до литий -фосфата, а затем до тройных материалов, к этой цели.

Ранее проанализированный литий -кобальт может достигать 137 мАч/г, литий маньянат и литий -фосфат, фактические значения составляют около 120 мАч/г, никелевый кобальт -марганец может достигать 180 мАч/г. Если вы хотите подняться, вам нужно изучать новые катодные материалы и добиться прогресса в индустриализации.

4. Улучшение конкретной емкости материала анода

Относительно говоря, удельная способность материала отрицательного электрода не является основным узким местом плотности энергии литиевой железо фосфатной батареи , но если удельная емкость отрицательного электрода увеличивается, это означает, что больше ионов лития можно приспособить меньше Масса негативного электрода материала, таким образом, достигая цели увеличения плотности энергии.

С помощью графитовых углеродных материалов в качестве отрицательного электрода теоретическая удельная вместимость составляет 372 мАч/г, а материалы с твердым углеродом и наноуглеродные материалы, изученные на этой основе, могут увеличить определенную способность до более чем 600 мАч/г. Анодные материалы на основе олова и кремния также могут увеличить определенную способность анода до очень высокого порядка, что является текущим направлением исследования.

5. Снижение веса

В дополнение к активным материалам положительных и отрицательных электродов, электролит, изоляционная пленка, связующее, проводящее агент, коллекционер жидкости, матрица, корпус и т. Д.-«мертвый вес» литий-ионных батарей, учитывая около 40 % веса всей батареи. Если вес этих материалов может быть уменьшен, не влияя на производительность батареи, плотность энергии литий-ионных батарей может быть улучшена.

В связи с этим необходимо провести подробное исследование и анализ электролита, изоляционной пленки, связующего, матрицы и коллектора жидкости, материала корпуса, производственного процесса и т. Д., Чтобы найти разумную программу. Если все аспекты улучшаются, плотность энергии батареи в целом может быть улучшена на одну степень.

Из приведенного выше анализа можно видеть, что улучшение энергетической плотности литий-ионных батарей является систематической техникой для улучшения производственного процесса, улучшения производительности существующих материалов и разработки новых материалов и новых химических систем из этих аспектов, поиск Короткие, среднесрочные и долгосрочные решения.