Iniciar y detener la "revolución ruidosa" de la batería, ¿cómo dar la vuelta a la batería de titanato de litio?

Al iniciar y detener la batería de la batería, su requisito básico es que la batería tenga un gran aumento, un amplio rango de temperatura y un ciclo de vida prolongado. En la actualidad, el 90% de las baterías de arranque y parada en el mercado están ocupadas por baterías de plomo-ácido, pero las baterías de plomo-ácido todavía tienen algunos problemas, como un entorno hostil, un rendimiento de descarga de baja temperatura deficiente, una densidad de energía baja y una ciclo de vida.

Como alternativa a las baterías de plomo-ácido, las baterías de iones de litio también enfrentan desafíos como el rendimiento, la seguridad y el costo de carga y descarga de alta velocidad. El electrodo negativo de la batería de iones de litio en el mercado es básicamente grafito. Sin embargo, existen varios problemas con el ánodo de grafito. En primer lugar, el coeficiente de difusión de iones de litio del grafito es relativamente bajo, por lo que el rendimiento de rendimiento del producto de iones de litio del ánodo de grafito no es particularmente ideal.

El segundo es el ciclo de vida. El ánodo de grafito sufrirá una cierta expansión de volumen durante el proceso de desintercalación del litio, generalmente alrededor del 10%. Al mismo tiempo, la película SEI formada en la superficie del ánodo de grafito es un cambio dinámico de consumo continuo y reparación durante la carga y descarga. Proceso, por lo que aún no se ha resuelto el problema del deterioro de la capacidad de ciclo de las baterías que utilizan ánodos de grafito;

El tercero son las consideraciones de seguridad. La plataforma de potencial de desintercalación del ánodo de grafito es de aproximadamente 0,1-0,15 V, y es fácil formar precipitados de litio a baja temperatura o gran aumento, lo que conduce a accidentes de seguridad. Otro punto es que el propio ánodo de grafito con litio incorporado es una sustancia muy activa. Tiene un alto nivel de inseguridad cuando la batería está fuera de control.

Como sustituto del ánodo de grafito, el ánodo de titanato de litio tiene las siguientes ventajas. Primero, tiene un coeficiente de difusión de iones de litio más alto. En la actualidad, de acuerdo con diferentes métodos de síntesis de titanato de litio, el coeficiente de difusión de iones de litio puede ser de 10-7 a 10-9, asegurando así el rendimiento de alta velocidad de este material de titanato de litio;

En segundo lugar, el titanato de litio tiene un ciclo de vida extremadamente largo. Dado que el tamaño de la red cristalina cambia muy poco durante el proceso de desintercalación de litio del material de titanato de litio, se lo conoce como un material de deformación cero, por lo que el ciclo de vida es muy largo;

En tercer lugar, en términos de seguridad, el titanato de litio tiene un potencial de desintercalación de aproximadamente 1,55 V para el litio. Es difícil formar dendritas de litio bajo carga y descarga y baja temperatura. El titanato de litio en sí es una sustancia relativamente estable y es única en términos de ventajas de seguridad.

Chaowei Chuangyuan primero selecciona el sistema de material en el diseño de la batería de arranque y parada a base de titanato de litio. En el aspecto material, elige principalmente titanato de litio con un tamaño de partícula pequeño y mejora el ácido titánico mediante una modificación razonable del recubrimiento y el dopaje. El coeficiente de difusión de iones de litio y la conductividad del litio son el propósito principal y resuelve el problema de procesamiento en el proceso de fabricación del núcleo de la batería.

En términos de electrolitos y película porosa, también hemos tomado algunas decisiones. Elegimos un separador de alta porosidad y alta resistencia. El electrolito tiene en cuenta la velocidad de conducción de los iones de litio a temperatura normal y baja temperatura.

En términos de iniciar y detener la prueba de batería, el estándar empresarial de Chaowei Chuangyuan se basa en el estándar VDA y el estándar nacional 31484-6. En algunos indicadores clave, nuestros estándares corporativos son más estrictos que el estándar VDA, como el rendimiento a baja temperatura y las pruebas de seguridad de ciclo de vida se llevan a cabo con referencia al estándar nacional.

Paralelamente al desarrollo del núcleo de la batería, también llevamos a cabo un análisis del modelo de simulación térmica del núcleo de la batería. En cooperación con el Instituto de la Academia de Ciencias de China, esto es solo una parte del proyecto de cooperación. A partir del análisis de modelado preliminar, la difusión de iones de litio por el material de titanato de litio Coeficiente, conductividad, energía térmica específica, densidad, área de superficie específica, tamaño de partícula y otros factores, la distribución del campo de temperatura de la celda al final de la tasa de descarga de 7C es relativamente estable, la diferencia de temperatura interna es inferior a 4 ° C y la temperatura máxima de descarga de 7 ° C El aumento es inferior a 7 ° C, lo que se acerca a los resultados de nuestras pruebas reales.

La capacidad de nuestra batería es de 20 Ah, el 75,6% de la capacidad se puede liberar a menos 20 ° C, el 70% de la capacidad se puede liberar a menos 30 ° C, la carga de 11 ° C se puede cargar al 97% de la capacidad y la tasa de retención de la capacidad de descarga de 7 ° C es del 88%. Almacenado a temperatura ambiente, la tasa de retención de carga después de 97 días es del 97,7%. El ciclo de carga y descarga de 1C fue de 8000 veces y la tasa de retención de capacidad fue del 98,5%. 3C se cargó y descargó 6.000 veces, y la tasa de retención de capacidad fue del 91%.

En términos de pruebas de seguridad de la batería, probamos estrictamente de acuerdo con GB / T31485. Además, hemos agregado algunos elementos de prueba más rigurosos, como flexión de 180 °, experimento de caja caliente de 150 ° C y experimento de quema de fuego. Para el arranque a baja temperatura de la batería, el país estándar de VDA es menos 18 ° C, la descarga de 11 C es 10 s, y el voltaje de descarga del terminal debe ser superior a 1,2 V, el estándar que usamos es menos 20 ° C, 11 C de descarga durante 10 s, y se requiere que el mismo voltaje de descarga del terminal sea superior a 1,2 V.

Interceptamos dos datos, 80% SOC y 100% SOC prueba de arranque a baja temperatura, 80% SOC menos 20 ° C voltaje final de descarga es 1.38V, 100% SOC voltaje final de descarga es 1.54V, realizamos una prueba cíclica de acuerdo con el estándar VDA, probado 50% y 17.5% prueba de ciclo DOD, el 50% del método de prueba de ciclo DOD es 3C de carga y descarga, la capacidad de carga y descarga es 11Ah, el intervalo de carga y descarga es 50% - 100% SOC, ciclo El corte -La condición de apagado es que el ciclo finaliza cuando el voltaje de descarga del terminal es inferior a 1,5 V.

Probamos el ciclo de 1500 semanas, el voltaje del terminal de la batería se redujo en aproximadamente 19 mV y el voltaje de descarga del terminal se mantuvo por encima de 2,3 V. Para el ciclo DOD del 17,5%, la carga y descarga de 3C también es de 3,85 Ah, y el ciclo finaliza cuando el voltaje del terminal alcanza los 1,5 V. Hasta ahora, se han realizado 2500 ciclos y el voltaje del terminal se ha reducido en aproximadamente 13 mV. La atenuación de la capacidad es muy pequeña.

Aquí nuevamente, nuestra batería de titanato de litio tiene un alto rendimiento. Una de las principales razones es que la memoria es relativamente pequeña, la resistencia interna de CA es de aproximadamente 0,6 mΩ, la tasa de retención de la capacidad de carga de 11 ° C es del 97% y la prueba de arranque y parada a baja temperatura es de menos 20 cuando se descarga ° C a 11 ° C durante 30 s, el voltaje terminal es superior a 1,5 voltios y la capacidad de descarga por debajo de 20 ° C @ 1C se mantiene al 72%.

En términos de pruebas de seguridad, además de las pruebas de acuerdo con los elementos de prueba del estándar nacional GB / T31485, también hemos agregado algunos elementos de prueba más rigurosos, como el experimento de almacenamiento en caja caliente a 150 ° C, el experimento de flexión de 180 ° y la prueba de fuego.

También hicimos experimentos de degradación extrema, prueba de fuego, temperatura de llama entre 600-700 ° C, en la etapa temprana de combustión inevitablemente hay una combustión del diafragma y electrolito, la llama tiene una tendencia creciente, pero en el momento de crecimiento tenemos Una vez que se retira la batería, la llama se apaga inmediatamente, lo que indica que la batería en sí no es inflamable excepto por el electrolito y el diafragma. La seguridad de otros materiales principales de la propia batería sigue siendo muy buena. En el futuro, nos centraremos en la mejora de la seguridad de las celdas de la batería en el electrolito y el diafragma para lograr el desarrollo de una batería start-stop completamente incombustible.

Muchos de nuestros trabajos han tenido en cuenta el desarrollo de baterías start-stop y baterías HEV. Ha habido muchos otros elementos de prueba para baterías a base de titanato de litio, que no se tratan aquí.

Finalmente, un resumen, la batería start-stop basada en titanato de litio tiene una vida extremadamente larga, más de 10,000 veces. Nuestra batería de arranque y parada superpoderosa pasó el experimento de almacenamiento en caja caliente a 150 ° C y la prueba de flexión a 180 °, que demostró que tiene muy buena seguridad, y todavía hay margen de mejora después, principalmente en términos de electrolito y diafragma. . Darse cuenta del desarrollo de baterías start-stop que son completamente incombustibles. La batería en sí tiene un rendimiento de potencia ultra alto y puede cargar el 97% de la capacidad en el caso de una carga de 11C.

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