¿Existe alguna mejora adicional para la densidad de energía de las baterías de litio?

En la actualidad, el primer obstáculo de los vehículos eléctricos puros que enfrenta la industrialización a gran escala, es el problema de la "ansiedad de rango". Para los vehículos eléctricos puros, su rango se hace que el sistema de batería de energía puede almacenar energía eléctrica, por lo que la densidad de energía del sistema de energía se ha convertido el factor decisivo que limita la autonomía de los vehículos eléctricos.

Si la densidad de energía de las baterías de iones de litio y mejorar el espacio?

Los cálculos de BMW sugieren que los consumidores de vehículos eléctricos puros pueden aceptar que el kilometraje real más bajo es de 300 km (aproximadamente un tercio del rango completo del tanque de aceite para los automóviles ordinarios), si se mantiene el sistema de batería de potencia y el peso de la potencia de un automóvil familiar ordinario existente. tren (tren de potencia mAhle) fueron similares, la densidad de energía del sistema de batería de potencia para alcanzar el nivel de 250 wh / Kg, es decir, la densidad de energía de monómero de las baterías para llegar a 300 wh / Kg.

Entonces, el sistema de electricidad de litio actual, para cumplir con la seguridad, bajo la premisa de circularidad y otros indicadores técnicos, su densidad de energía puede alcanzar los 300 wh / Kg.

Se dan las baterías de iones de litio en términos de su densidad de energía teórica por materiales del ánodo y la estimación del voltaje de trabajo. Aquí, el autor dejó de lado el concepto de química estructural y electroquímica compleja, haciendo un análisis simple.

El sistema existente de electricidad de litio, solo puede ser "la mitad" de la batería de alta energía, debido a su alta energía específica se basa principalmente en el cátodo de bajo potencial de electrodo, y la comercialización de varios materiales de ánodo de óxido de metal de transición (LCO, LMO, LFP y NMC ) El voltaje de trabajo y la capacidad específica no fueron significativamente mejores que los del sistema de agua del material del cátodo de la batería secundaria.

Por lo tanto, si desea hacer que la electricidad de litio sea una batería de alta energía "real", solo dos caminos: aumentar el voltaje de la batería o se dan los materiales del ánodo. Debido a que el cátodo no ha reducido la posibilidad de voltaje de trabajo, la alta presión debe enfocarse en el material del ánodo .Níquel-manganeso espinela y material de cátodo de solución sólida a base de litio-manganeso (OLO) con voltaje de carga de 5 V y 4,8 V respectivamente, deben adoptar un nuevo sistema de fluido electrolítico de alto voltaje.

Galaxita de níquel de 5 v debido a la baja capacidad, y en realidad no puede mejorar efectivamente la densidad de energía de la batería.Actualmente, la capacidad real de OLO puede alcanzar más de 250 mah / g, ya muy cerca de la teoría en capas de la capacidad del ánodo de óxido de metal de transición.

Los materiales de cátodos compuestos de Si / C y los materiales de ánodo de aleación de silicio de capacidad específica han alcanzado 600-800 mAh / g, el rango de capacidad es casi su límite práctico (garantizar una circulación adecuada y suprimir el cambio de volumen). colocación, la densidad de energía de aproximadamente 350 wh / Kg.

Quiero enfatizar aquí que para 3 c la densidad de energía del volumen de células pequeñas es más importante que la calidad de la densidad de energía. Es decir, el material del cátodo en capas (LCO y NMC) a un voltaje más alto y un mayor desarrollo de contenido de Ni, bombo que Ahora es una solución sólida rica en manganeso de litio muy popular, el valor de aplicación más práctico del ánodo.

Tecnología LCO con mayor voltaje y mayor contenido de níquel Material ternario NMC cada vez más maduro, el futuro una presión más alta o mayor contenido de níquel de material de cátodo en capas con alta capacidad de cátodo compuesto de Si / C o materiales de ánodo de aleación, pequeña densidad de energía de electricidad de litio 3 C es probablemente mejore aún más hasta el nivel de 300 wh / Kg.

Para mejorar aún más la electricidad de litio que la energía, entonces debe romper la esclavitud del mecanismo de reacción de incrustado ahora, al igual que otra fuente de energía química regular adopta el mecanismo REDOX de eliminación gradual, es decir, el uso de ánodo de metal de litio. Pero la dendrita de litio es fácil de causar corto circuito y dendrita altamente activa y la fuerte reacción del electrolito orgánico líquido, haciendo que el problema volviera al punto de partida para la batería de iones de litio.

De hecho, la causa raíz de la batería de iones de litio que utiliza cátodo de grafito, se debe a que los compuestos de litio incrustados en grafito (GIC) para evitar la formación de dendrita de litio metálica, GIC y reduce el litio metálico altamente activo hacen posible tener un estable Interfaz SEI Entonces, en base a la reacción incorporada de la batería de iones de litio, ¡se tiene que comprometer!

En los últimos dos años, la investigación internacional sobre el ánodo de metal de litio presentó un estallido de pequeños, como el bombo de energía sólida estadounidense es muy popular recientemente.En realidad, desde el ángulo de la investigación básica se entiende bien, y como mencioné anteriormente, la capacidad de los materiales del ánodo no tienen mucho espacio para mejorar, el electrolito hará poco para mejorar la densidad de energía ha aumentado, por lo que el resto solo puede comenzar desde el cátodo, el uso del ánodo metálico de la batería de litio es, naturalmente, la "batería de litio definitiva".

En teoría, UTILIZA el electrolito sólido inorgánico, el electrolito polimérico o el electrolito líquido añadiendo aditivos especiales que probablemente faciliten la formación de dendrita de litio, pero en la producción real de las baterías se enfrentarán muchas dificultades técnicas. litio metálico como negativo "batería de litio definitiva", pero las cuestiones de seguridad serán el primer factor decisivo.

Personalmente creo que es probable que todas las baterías de iones de litio de estado sólido basadas en electrolitos sólidos inorgánicos (baterías de iones de litio de estado sólido) hagan posible la aplicación práctica del ánodo de metal de litio. Baterías de estado sólido, en la actualidad el prototipo de batería desarrollado a nivel técnico está por delante de otras empresas e instituciones de investigación, y Toyota tiene casi 20 años de investigación y desarrollo en este campo.

Pero la batería de gran potencia para una serie de indicadores técnicos estrictamente limitados, en la elección del material del electrodo, la colocación del sistema, el proceso de la pieza polar y el diseño de la estructura de la celda es diferente con las baterías pequeñas de 3 c. Estos factores hacen que incluso si es el mismo en todo la ubicación del sistema, la densidad de energía de la batería de gran potencia que la batería de pequeña capacidad es baja.

Por ejemplo, en base a consideraciones de seguridad y factores cíclicos, la batería de alimentación debe intentar mantenerse en un nivel de voltaje bajo (V) 4.2 / 4.3, es decir, la estrategia de batería pequeña de 3 c de alto voltaje en la batería de alimentación puede no ser adecuada.

Actualmente, la densidad de energía de la batería de monómero de motivación de material ternario grande de LG es más que el nivel de 220 wh / Kg. Personalmente creo que todavía hay una promoción adicional en el espacio de la tecnología, el monómero en la futura batería de energía ternaria debería poder alcanzar el nivel de 250 wh / Kg.

Pero para cumplir con la seguridad y el rendimiento de temperatura cíclica y los aspectos de costo de los requisitos bajo la premisa de mejorar aún más la densidad de energía de la batería de iones de litio líquido de monómero general, sería muy difícil en tecnología.Las baterías de densidad de energía después del grupo generalmente pierden alrededor del 20% (pérdidas de Tesla ModelS hasta el 45%), es decir, 200 wh / kg podría ser la densidad de energía normal de la batería de iones de litio de un cuello de botella del sistema.

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