Las perspectivas de desarrollo de la tecnología de carga rápida

En el uso de vehículos eléctricos, los consumidores están más preocupados por el tiempo de carga y la autonomía. Bajo el nivel técnico actual, el tiempo de carga y el rango de crucero son difíciles de lograr, por lo que la batería de potencia ha desarrollado dos rutas, una es la clase de energía específica que se enfoca en el rango de crucero, principalmente aumentando continuamente la energía específica del litio. batería de iones, aumentando así la autonomía de crucero del vehículo eléctrico. El segundo es centrarse en reducir el tiempo de carga, principalmente mejorando la batería de iones de litio. Rendimiento de carga rápida, acortando el tiempo de carga de los vehículos eléctricos. Con el avance de la tecnología y la investigación en profundidad sobre los materiales de las baterías de litio, los problemas que se han encontrado en la tecnología de carga rápida pueden resolverse uno por uno.

Primero, ¿cómo entender la carga rápida?

Para entender la carga rápida, un término profesional no puede escapar: la tasa de carga y descarga C puede entenderse simplemente como la tasa de carga y descarga. La tasa de carga-descarga de una batería de iones de litio determina qué tan rápido podemos usar para almacenar una cierta cantidad de energía en la batería, o qué tan rápido se libera la energía dentro de la batería.

De acuerdo con la política de subsidio de vehículos de nueva energía de 2018, la tasa de carga es inferior a 3C, que pertenece al autobús eléctrico puro de clase de carga no rápida. La tasa de carga es superior a (incluido) 3C, que pertenece al bus eléctrico puro de tipo de carga rápida. Sin embargo, la división de subsidio de carga rápida es solo para autobuses de nueva energía, no turismos y vehículos logísticos.

Según la definición de la industria y la era Ningde, la carga rápida de vehículos eléctricos se refiere al método de carga con una corriente de carga superior a 1,6 ° C, es decir, la tecnología de carga del 0% al 80% de tiempo en menos de 30 minutos. El autor expresó exhaustivamente la opinión de que la tasa de carga es inferior a 1.6C para carga lenta, 1.6C-3C para carga rápida pequeña y 3C para carga rápida. La mayoría de los automóviles eléctricos de pasajeros pueden lograr una "carga rápida pequeña", y la tasa de carga de los autobuses de carga rápida se concentra principalmente en 3C-5C.

Si comparamos la batería de iones de litio con una mecedora, los dos extremos de la mecedora son los dos polos de la batería, y el ión de litio es como un excelente deportista, corriendo de un lado a otro en ambos extremos de la mecedora. Durante la carga, se generan iones de litio en el electrodo positivo de la batería y los iones de litio generados se mueven al electrodo negativo a través del electrolito. El carbono como electrodo negativo tiene una estructura en capas y tiene muchos microporos para intercalar los iones de litio que llegan al electrodo negativo. Cuantos más iones de litio estén incrustados, mayor será la capacidad de carga.

En el momento de la carga rápida, los iones de litio deben acelerarse para integrarse instantáneamente en el electrodo negativo. Esto es un gran desafío para la capacidad del electrodo negativo de recibir rápidamente iones de litio. En la batería del sistema químico general, aparecen subproductos en el electrodo negativo durante la carga rápida, lo que afecta el ciclo y la estabilidad de la batería. Se puede decir que la densidad de energía y la densidad de potencia son las dos direcciones en la misma batería.

Ya sea que se trate de una orientación de política nacional o de un diseño de tecnología corporativa, generalmente se persigue la búsqueda de alta densidad de energía. Cuando la densidad de energía de la batería de potencia es lo suficientemente alta, la carga de un automóvil es lo suficientemente grande como para evitar la llamada "ansiedad por el kilometraje", y se reducirá la demanda de carga rápida. Sin embargo, el poder es grande y es difícil ser aceptado por el mercado si el costo no baja. Por lo tanto, si puede controlar el costo de la batería, con una capacidad de carga conveniente + rango de crucero aplicable, puede aliviar en gran medida la ansiedad del usuario, por lo que la carga rápida tiene valor.

En segundo lugar, la aplicación de aplicaciones de carga rápida para diferentes rutas tecnológicas.

La velocidad de carga está estrechamente relacionada con los requisitos técnicos y de diseño generales de las baterías eléctricas, pilas de carga, vehículos eléctricos y redes eléctricas. El factor más importante es la batería. Discutiremos específicamente las tendencias de aplicación de diferentes tipos de baterías de potencia en la dirección de la tecnología de carga rápida. Se pueden usar casi todos los tipos de materiales de electrodos positivos para fabricar baterías de llenado rápido, pero su idoneidad y ventajas son diferentes.

1, la batería ternaria de carga rápida es más adecuada para automóviles de pasajeros eléctricos

La batería ternaria es más valorada por su mayor densidad energética. El material en sí tiene una excelente conductividad eléctrica, pero la reactividad es demasiado alta, lo que representa un gran desafío para la seguridad de la carga rápida.

Las empresas representativas del sistema de carga rápida de baterías ternarias son la era Ningde, Bick, etc. Ningde era desarrolló tecnología de "subred superconductora" y "anillo de iones rápidos", que puede lograr una carga SOC del 5% al 85% en 15 minutos, densidad de energía 190Wh / kg, ciclo de vida más de 2500 veces, el campo de aplicación principal es el pasajero. Se espera que el automóvil tenga capacidad para producción en masa en 2018.

El último núcleo 3.0 de alta energía presentado por BAK en mayo de este año, a través de la introducción de materiales de ánodo a base de silicio, materiales de cátodo con alto contenido de níquel y electrolitos especialmente desarrollados, tiene una densidad de energía de casi 250 Wh / kg, que puede lograr un largo alcance de crucero de 500 km. A través del diseño de la estrategia de carga, el tiempo de carga se acorta efectivamente y se mejora la eficiencia de carga. En el modo de emergencia extrema, puede conducir 60 kilómetros en 10 minutos.

De acuerdo con los hábitos de uso del vehículo de combustible, es necesario cargar completamente el tiempo de carga en 10-20 minutos, y la ampliación de carga debe ser de al menos 3-6C. En la actualidad, la mayoría de los turismos eléctricos puros del mercado se llenan con el 80% de la electricidad en media hora a una hora. El tiempo de carga ha aumentado mucho en las últimas dos o tres horas y se espera que se reduzca aún más a 20 minutos en el futuro.

2, los pasajeros de carga rápida de fosfato de hierro y litio están disponibles

El fosfato de litio y hierro no tiene ventajas inherentes en el campo de la carga rápida. Desde el punto de vista del material, la conductividad intrínseca del material de fosfato de hierro y litio es relativamente baja, solo el uno por ciento del material ternario y es necesario optimizar la conductividad del material de fosfato de hierro y litio para satisfacer las necesidades de carga rápida. Sin embargo, el costo del material del fosfato de hierro y litio es relativamente bajo. Combinando una formación técnica madura y un rendimiento estable del producto, tiene una amplia perspectiva de aplicación. Las empresas representativas incluyen la era de Ningde, Waterma, etc.

Limitado por el límite extremo de la densidad de energía teórica, el fosfato de hierro y litio no tiene mucho espacio para la densidad de energía en el futuro. Sin embargo, para vehículos comerciales como automóviles de pasajeros, vehículos logísticos y vehículos especiales, se ha adoptado el sistema de fosfato de hierro y litio, y la mejora de la densidad de energía no es necesaria, y la carga rápida es cada vez más importante.

3. La batería de manganato de litio es adecuada para bus híbrido enchufable

La batería de manganato de litio tiene las características de rendimiento energético, rendimiento de velocidad de descarga, rendimiento a baja temperatura, frecuencia de alto voltaje, y la ventaja de costo del manganato de litio se destaca gradualmente bajo la locura de las materias primas en el ternario aguas arriba. Sin embargo, todavía existe la necesidad de mejorar en términos de densidad de energía y rendimiento a alta temperatura. En los últimos años, las baterías de carga rápida de manganato de litio representaron un aumento significativo en el campo de los autobuses híbridos enchufables, en representación de empresas como CITIC Guoan Mengli, Yipeng New Energy y Weihong Power.

Sin embargo, la batería de manganato de litio tiene un rendimiento de ciclo deficiente en condiciones de alta temperatura, y el rendimiento de la batería de manganato de litio a alta temperatura puede mejorarse mediante el dopaje con electrodo positivo, pero el material de manganato de litio modificado no es el "manganato de litio original". En la industria, los “materiales compuestos de componentes múltiples” se utilizan comúnmente. El electrodo positivo adopta un material ternario y un sistema mixto de manganato de litio, y el electrodo negativo usa un carbono compuesto poroso para mejorar aún más el rendimiento de la carga rápida, pero la seguridad aún debe enfocarse y mejorarse continuamente.

4, batería de carga rápida de titanato de litio para bus eléctrico puro

La batería de potencia de titanato de litio lleva el nombre del material del ánodo y el electrodo positivo está hecho de material ternario. Zhuhai Yinlong, Weihong Power y Tianjin Jiewei son empresas típicas. Desde el punto de vista del rendimiento, la batería de titanato de litio tiene un rendimiento superior a baja temperatura, seguridad y rendimiento de reciclaje, y ha sido reconocida por la industria como el rendimiento de velocidad de la batería de carga rápida. Sin embargo, los problemas actuales pendientes del titanato de litio tienen dos puntos: primero, la densidad de energía es relativamente baja. Bajo la presión de la política y la demanda del mercado para aumentar la densidad de energía, la cuota de mercado actual de titanato de litio representa todo el mercado de baterías de energía. En segundo lugar, debido al impacto de los materiales metálicos pequeños de alto costo como el titanio, el níquel y el cobalto, el costo de las baterías de titanato de litio es significativamente más alto que el de otros sistemas.

Las baterías de titanato de litio tienen un ciclo de vida significativamente mejor que otros sistemas de baterías de llenado rápido, que están determinadas por la naturaleza del material en sí, es decir, "tensión cero". Sin embargo, su desventaja es obvia, la densidad de energía es baja y la densidad de energía es solo aproximadamente la mitad del sistema ternario. Además, el precio es demasiado elevado, y la mayoría de ellos se aplican actualmente en autobuses de carga rápida. Es urgente buscar materiales de cátodos de mayor voltaje y electrolitos correspondientes para solucionar este defecto.

5, nueva dirección de llenado rápido - material de ánodo de óxido de niobio y titanio

El óxido de titanio y estroncio se desarrolla a base de titanato de litio. La principal ventaja es que la capacidad teórica del óxido de titanio y estroncio es de aproximadamente 280 mAh / g con respecto a la capacidad teórica del titanato de litio es de 175 mAh / g.

En octubre de 2017, Toshiba anunció oficialmente que había desarrollado con éxito una nueva generación de baterías de iones de litio para vehículos, que se espera que esté disponible comercialmente en 2019. La batería utiliza material de óxido de bismuto de titanio, que es un avance subversivo en comparación con las tecnologías actuales. como el fosfato de hierro y litio ternario. La nueva batería tiene las ventajas de una alta densidad de energía y una rápida eficiencia de carga. Puede alcanzar el 90% de la electricidad en solo 6 minutos de carga y puede viajar 320 kilómetros. En la actualidad, las baterías de litio tardan una media de 30 minutos en cargar hasta un 80%.

Además, el concepto de "batería de grafeno" ha estado de moda, pero hay controversias en la industria. En la aplicación de baterías de litio, el grafeno se utiliza principalmente como material activo negativo y aditivo conductor. En términos de capacidad de carga rápida, el uso de grafeno como agente conductor o el recubrimiento de fosfato de hierro y litio / material de litio ternario con grafeno puede lograr un mejor efecto de carga rápida. Sin embargo, los indicadores como el costo integral y la dificultad del proceso siguen siendo muy desafiantes.

Tercero, perspectivas de mercado de productos de carga rápida

La alta densidad de energía, la carga rápida y el bajo precio son los productos de batería de potencia ideales que más esperan los usuarios. Sin embargo, "el pez y la pata de oso no pueden tener ambos". Según el sistema de batería de iones de litio existente, los cinco índices más importantes de la batería de potencia, como el rendimiento de la tasa, la densidad de energía, la vida, la seguridad y el precio, se fijan en un gráfico de radar relativamente estable. En el interior, para mejorar cualquier indicador, se perderán relativamente otros indicadores.

En la actualidad, las baterías eléctricas de carga rápida se utilizan principalmente en autobuses de nueva energía. Debido a que son altamente selectivos para las ciudades y el público, las ciudades o unidades con un apoyo financiero relativo tienden a ser autobuses de batería de carga rápida. Sin embargo, desde la perspectiva del potencial de desarrollo del mercado, la tasa de crecimiento y el tamaño del mercado de los automóviles de pasajeros y los vehículos de logística especial serán más altos que los de los automóviles de pasajeros en el futuro. Por lo tanto, la estructura de consumo de las baterías de carga rápida se trasladará a estos dos tipos de vehículos en el futuro.

Según los datos de Battery China, en 2017, la producción de automóviles de pasajeros de llenado rápido en China fue de 6.486 y la capacidad instalada de baterías alcanzó los 597,52 MWh, lo que representa el 6% del número total de autobuses de nueva energía. Entre ellos, la tasa de carga de los automóviles de pasajeros de llenado rápido es de hasta 6.42C. La salida del modelo 3C-5C es de 4.771 unidades y la capacidad instalada de la batería es de 480,68MWh; la salida del modelo 5C-10C es de 1.715 unidades y la capacidad instalada de la batería es de 116,84MWh. En la actualidad, la tasa de carga rápida de los automóviles de pasajeros de llenado rápido se concentra principalmente entre 3C-5C. Desde la perspectiva del tipo de batería, el material de la batería del automóvil de pasajeros de llenado rápido en 2017 es principalmente titanato de litio, y la capacidad instalada es de 571,54 Mwh, lo que representa el 95,65%.

De acuerdo con los cuatro tipos de envíos de baterías de energía en 2017, 1.54GWh de manganato de litio se utilizan para vehículos híbridos enchufables, cumpliendo parcialmente los requisitos de carga rápida pequeña, y la parte de batería ternaria de 16GWh cumple con los requisitos de carga rápida pequeña. En general, la batería ternaria de carga rápida es adecuada para automóviles de pasajeros, el fosfato de hierro y litio, el titanato de litio y otras baterías de carga rápida son adecuadas para automóviles de pasajeros. Las baterías de carga rápida de manganato de litio son adecuadas para automóviles híbridos enchufables, óxido de bismuto de titanio o nueva dirección de carga rápida.

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