Ventajas y desventajas de dos tipos de baterías de litio.

Las baterías de litio generalmente se dividen en dos categorías:

Batería de metal de litio: una batería de metal de litio es generalmente una batería que utiliza dióxido de manganeso como material de electrodo positivo, litio metálico o una aleación del mismo como material de electrodo negativo y una solución de electrolito no acuoso.

batería de iones de litio: una batería de iones de litio es generalmente una batería que utiliza un óxido metálico de aleación de litio como material de electrodo positivo, grafito como material de electrodo negativo y un electrolito no acuoso.

Aunque la batería de metal de litio tiene una alta densidad de energía, teóricamente puede alcanzar los 3.860 vatios / kg. Sin embargo, dado que no es lo suficientemente estable y no se puede cargar, no se puede utilizar como batería de alimentación para uso repetido. Las baterías de iones de litio se han desarrollado como la batería de energía principal debido a su capacidad para cargarse repetidamente. Sin embargo, debido a su combinación con diferentes elementos, la composición del material del cátodo varía mucho en varios aspectos, lo que lleva a un aumento de las disputas de la industria sobre la ruta del material del cátodo.

Generalmente, las baterías de energía más comúnmente utilizadas son baterías de fosfato de hierro y litio, baterías de manganato de litio, baterías de óxido de cobalto de litio y baterías ternarias de litio (ternarias de níquel cobalto manganeso).

Todos los tipos de baterías anteriores tienen ventajas y desventajas, que se resumen a grandes rasgos como:

Fosfato de hierro y litio:

Ventajas: larga vida, gran tasa de carga y descarga, buena seguridad, alta temperatura, elementos inofensivos y bajo costo.

Desventajas: baja densidad de energía y baja densidad de grifo (densidad aparente).

Litio ternario:

Ventajas: alta densidad de energía y alta densidad de grifo.

Desventajas: poca seguridad, poca resistencia a altas temperaturas, poca vida útil, poca descarga de energía y elementos tóxicos (la temperatura de la batería ternaria de litio aumenta drásticamente después de la carga y descarga, y el oxígeno se quema fácilmente después de altas temperaturas).

Óxido de litio y manganeso:

Ventajas: alta densidad de grifería y bajo coste.

Desventajas: baja resistencia a la temperatura, la temperatura del citrato de litio aumenta bruscamente después de un uso prolongado, la vida útil de la batería se ve seriamente atenuada (como el automóvil eléctrico Nissan LEAF).

Cobaltato de litio:

Usado generalmente en productos 3C, la seguridad es muy pobre, no apta para baterías eléctricas.

En teoría, las baterías que necesitamos deben ser de alta densidad de energía, alta densidad aparente, buena seguridad, alta temperatura y resistencia a baja temperatura, ciclo de vida largo, no tóxico e inofensivo, carga y descarga de alta potencia, todas las ventajas de integración y bajo costo . Sin embargo, no existe tal batería en la actualidad, por lo que existe una compensación entre las ventajas y desventajas de los diferentes tipos de baterías. Además, los diferentes vehículos eléctricos tienen diferentes puntos de demanda de baterías, por lo que solo en el juicio a largo plazo de los vehículos eléctricos podemos juzgar correctamente la elección de las rutas de las baterías.

Ventajas de la batería de fosfato de hierro y litio

Aquí tenemos que volver a los dos artículos anteriores, analizamos que el futuro de los vehículos eléctricos debería basarse en vehículos eléctricos de pequeño kilometraje y carga rápida. En la actualidad, el automóvil familiar necesita energía híbrida de modo dual de larga duración, así como el automóvil eléctrico puro de larga duración en el mercado de autobuses. Entonces, ¿qué tipo de batería necesita este automóvil?

Primero, seguridad

En primer lugar, la seguridad es un requisito previo para los automóviles. A diferencia de los automóviles y las computadoras, los automóviles pueden encontrar muchos factores impredecibles a altas velocidades, como el aplastamiento de la batería y el impacto causado por accidentes automovilísticos. Cualquier factor desfavorable puede provocar la destrucción de un coche. Podemos ver que algunos scooters viejos usan baterías de plomo-ácido inferiores, no hay seguridad en absoluto y abundan los casos de combustión espontánea y quemaduras por impacto de las baterías. Otro ejemplo es el incidente de incendio continuo de casi un año de Tesla, aunque no hubo víctimas en el diseño de seguridad de Tesla. Pero al mismo tiempo, también debemos ver que estos incidentes son colisiones muy leves. La colisión en sí no es dañina para el automóvil ni para las personas, pero la batería está en llamas. Entonces, ¿qué pasa si se trata de un accidente más grave?

En segundo lugar, vida útil de descarga de alta velocidad

Los automóviles comunes duran décadas y la batería de un automóvil eléctrico requiere al menos 3000 ciclos en 10 años. Como componente relativamente caro, es muy importante que la vida útil sea equivalente a la del coche. Es necesario garantizar el rendimiento del vehículo y velar por los intereses del propietario, para beneficiar al mercado. En la actualidad, los vehículos eléctricos de las empresas automovilísticas del mundo, sólo BYD "Qin" que figuran el año pasado ha logrado la garantía de duración de la batería.

La vida de la batería también es el ciclo de vida, no el número dado por los parámetros simples de la batería. El ciclo de vida de la batería está estrechamente relacionado con el estado del ciclo de la batería, como la tasa de descarga, la tasa de carga, la temperatura y similares. Por lo general, el ciclo de vida obtenido a partir de los datos de laboratorio de la batería se obtiene a una tasa de carga y descarga constante de 0,3 C a una temperatura constante de 20 grados. Sin embargo, durante el uso real del automóvil, el aumento y la temperatura no son constantes. Es por eso que, en general, ya sea un portátil, un teléfono móvil o la batería de un automóvil a batería, la vida útil en uso real es mucho menor que la razón dada por el fabricante. Los vehículos híbridos de modo dual, eléctricos puros y de larga duración, de mediano y pequeño kilometraje, debido a que tienen menos baterías, tendrán mayores requisitos de descarga y tendrán un mayor impacto en la vida útil.

Por ejemplo, la batería de fosfato de hierro y litio A123 suele tener una vida útil de más de 3000 ciclos. Sin embargo, la batería RC de fosfato de hierro y litio A123 se utiliza a una tasa de carga de 10C y una tasa de descarga de 5C. La vida en el laboratorio se acorta a solo 600 veces, y solo unas 400 veces en uso real, se puede ver el efecto de la tasa de descarga en la vida. .

Tomando BYD "Qin" como ejemplo, solo la batería de 13KWH impulsa un motor con una potencia máxima de 110KW. Se puede calcular que cuando "Qin" está completamente cargado, su tasa de descarga máxima es tan alta como 8.4C. Especialmente cuando "Qin" tiene solo un 50% de electricidad, su tasa de descarga máxima puede alcanzar los 18 ° C. Si la batería está baja y la velocidad de descarga supera los 25 ° C, esto acortará en gran medida la vida útil de la batería.

Mire la potencia del Tesla P85, la potencia máxima del motor de 310KW, parece muy grande, de hecho, la tasa de descarga de la batería es de solo 4C. Con una carga de solo el 30%, la tasa de descarga máxima es de solo 10 ° C. Y la batería de gran capacidad de Tesla, en gran medida, evita que la batería se descargue de alta potencia.

Mediante una simple comparación, podemos ver la superioridad de la vida útil de descarga de alta velocidad de BYD.

Tercero, adaptabilidad a la temperatura

El efecto del frío extremo en la batería se refleja principalmente en la baja tasa de carga y descarga y en la disminución de la capacitancia; la influencia del calor extremo en la batería se manifiesta principalmente por la disminución de la vida útil, la seguridad a altas temperaturas y la disminución de la capacidad de carga y descarga.

El efecto del frío extremo en la batería es relativamente ligero, porque la batería de litio general se puede usar por debajo de menos 20 grados, y el calor mismo se generará durante el proceso de descarga de la batería, pero el aumento del consumo de energía y la reducción de el poder es inevitable.

El impacto del frío extremo en los coches eléctricos puros es diferente al de los híbridos de modo dual. Debido a que los vehículos eléctricos puros no tienen otras fuentes de energía, para alcanzar la temperatura adecuada en condiciones extremadamente frías, deben depender del calentamiento de descarga de la batería, que tendrá un gran impacto en el consumo de energía y la autonomía de crucero. En invierno, Tesla tiene diferencias significativas en el consumo de energía y la autonomía de crucero de 100 kilómetros.

El efecto sobre el híbrido de modo dual es más débil. Porque hay un motor híbrido que proporciona energía como respaldo. Por ejemplo, en noviembre del año pasado, BYD llevó a cabo la actividad de promoción "Qin" en Baotou. En ese momento, la temperatura era de menos 15 a 20 grados por la noche. Cuando el vehículo arrancaba en el frío por la mañana, el sistema cambiaba automáticamente al modo HEV. El motor impulsaría el aire acondicionado y mejoraría rápidamente el automóvil. La temperatura interna vuelve al modo EV cuando se eleva la temperatura.

El calor extremo tiene una gran influencia en la electricidad pura y la mezcla, por ejemplo, la propia batería aumentará la temperatura de descarga de alta potencia. Tomando como ejemplo una batería de iones de litio común, la temperatura de descarga de la batería se puede elevar a casi 50 grados. Una temperatura tan alta no solo tiene un impacto en la vida útil de la batería, sino, lo que es más importante, un peligro para la seguridad. Por ejemplo, la batería ternaria de Tesla emite oxígeno en un entorno de alta temperatura y el oxígeno es un objeto inflamable. Tesla reduce la temperatura a través de un sistema de refrigeración circulante y envuelve la batería aislada en un estuche rígido para evitar que se escape el oxígeno. Sin embargo, es inevitable incendiarse al encontrarse con un impacto.

Cuarto, densidad de energía

La densidad de energía, como su nombre lo indica, es la energía que puede contener una unidad de peso. La densidad de energía suele ser un indicador importante para juzgar la superioridad de la batería, pero en el sistema de análisis del autor, la densidad de energía no es muy importante en los indicadores de rendimiento de la batería.

Hay dos razones para esto:

1. La densidad de energía debe combinarse con otras propiedades. Por ejemplo, la densidad de energía de las baterías de fosfato de hierro y litio no es alta. Sin embargo, debido a su seguridad, estabilidad y resistencia a altas temperaturas, la batería compuesta de fosfato de hierro y litio es extremadamente simple y no requiere mucha protección de equipo auxiliar. La batería ternaria de Tesla tiene una alta densidad de celdas de batería, pero debido a su poca seguridad y alta temperatura, debe combinarse con un dispositivo de protección de batería complejo, que aumenta el peso del automóvil. Se ha informado que después de un accidente de combustión continua, Tesla se está preparando para engrosar el equipo de protección de la batería, lo que debilita la ventaja de densidad de energía de la batería ternaria.

2. El peso tiene poco efecto en el automóvil, especialmente para la tendencia principal de vehículos eléctricos híbridos en el futuro y vehículos eléctricos puros de pequeño kilometraje. Podemos imaginar una comparación de baterías con una densidad de energía de 130 kWh / kg y una densidad de energía de 200 kWh / kg. Incluso con la potencia total máxima de 80 grados, la diferencia de peso entre las dos baterías es de solo 200 kg.

Esto tiene un impacto muy bajo en un automóvil que se acerca a las 2 toneladas.

Por tanto, el autor cree que aunque la densidad de energía de la batería es naturalmente mayor, no es necesario perseguir deliberadamente el máximo. En particular, cuanto mayor es la densidad de energía, más inestable es. Este es el sentido común básico. Mientras sea suficiente, la densidad de energía no es demasiado importante.

V. Costo

El costo se comprende muy bien y debe haber una ventaja de costo para una adopción generalizada, que se ha calculado en la primera parte de esta serie. Los vehículos eléctricos puros o híbridos a pequeña escala, por un lado, deben reducir la cantidad de batería en el automóvil para ahorrar el costo de la batería, por otro lado, deben reducir el costo del paquete de baterías + equipo de protección. Por lo tanto, descubrimos que el costo de la batería de Tesla es bajo, pero el costo general sigue siendo alto.

A través de la discusión anterior, sabemos que las diferentes baterías de iones de litio tienen ventajas y desventajas naturales. Pero lo importante es cómo clasificar los elementos clave del futuro desarrollo de vehículos eléctricos para que pueda elegir la batería adecuada. En resumen, considerando los factores de seguridad, vida útil, capacidad de descarga, adaptación de temperatura, densidad de energía, costo y otros factores, el autor cree que la batería de fosfato de hierro y litio es la más adecuada para la dirección de desarrollo futuro de las baterías de vehículos eléctricos.

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