リチウム電池の低温性能は飛躍的に進歩し、寒さを恐れません

ガイド：リチウム電池の容量は、寒さのために割引になる必要があります。リチウム電池は休止状態になり、新エネルギー車やデジタル製品のユーザーに迷惑をかけているようです。今日この記事で関心のあるトピックは、リチウム電池への低温の影響と業界での研究開発の進展です。

リチウム電池は低温を最も恐れていますか？

アメリカ自動車協会のテストでは、電気自動車の航続距離は華氏75度（摂氏約24度）で105マイル（約169キロメートル）で、華氏20度（摂氏約7度）になると落下します。 43マイル（約69キロメートル）-最大60％の低下。バッテリーは人といくつかの類似点があります。気候が寒くなった後、それはそれほど活発ではありません。鉛電池、リチウム電池、燃料電池はすべて低温の影響を受けますが、程度はさまざまです。

例として、電気バスで最も使用されているリン酸鉄リチウム電池を取り上げます。バッテリーは高い安全性と長寿命を備えていますが、低温性能は他の技術システムよりもわずかに劣っています。低温は、リン酸鉄リチウムの正極と負極、電解質、バインダーの両方に影響を与えます。例えば、リン酸鉄リチウム正極自体は、電子伝導性が比較的低く、低温環境で分極しやすいため、バッテリー容量が減少します。低温のため、黒鉛リチウムの挿入速度が遅くなり、負極表面に金属リチウムが析出しやすく、充電時間が不十分な場合、使用時に金属リチウムを完全に埋め込むことができません。黒鉛に含まれ、負極の表面には金属リチウムが存在し続け、リチウムデンドライトを形成し、電池の安全性に影響を与える可能性があります。低温では、電解質の粘度が上昇し、リチウムイオンの移動抵抗も低下します。また、リン酸鉄リチウムの製造工程では、接着剤も非常に重要な要素であり、低温も接着剤の性能に大きな影響を与えます。

同じことがリチウム電池です。チタン酸リチウム電池は耐低温性に優れています。スピネル構造のチタン酸リチウム負極材料は、約1.5 Vのリチウム挿入電位を持ち、リチウムデンドライトを形成せず、充放電時の体積ひずみは1％未満です。ナノサイズのチタン酸リチウム電池は、大電流での充放電が可能で、電池の耐久性と安全性を確保しながら、低温急速充電を実現します。たとえば、チタン酸リチウム電池を専門とするYinlong New Energyの通常の充電および放電容量は、-50〜60°Cです。

黒鉛を負極とするリチウムイオン電池は-40℃で放電できますが、業界が積極的に検討している-20℃以下では従来の充電を実現することは困難です。

低温耐性リチウム電池の業界の探求

業界企業や研究機関は、既存の正および負の材料の改善に焦点を当て、バッテリーの局所周囲温度を上げることによってバッテリーが低温で動作するための条件を作成することにより、バッテリーの低温性能を調査および取り組みました。

現在の電池の材質は、ナノメートル化、粒子サイズ、電気抵抗、AB面の軸方向の長さの点で電池の低温特性に影響を与えます。 Watermaは、3つのプロセスでリン酸鉄リチウム材料を調製し、さまざまなプロセスでナノメートル化してコーティングします。結果は、AB面の長さが長くなると、リチウムイオン移動チャネルが大きくなることを示しています。これは、バッテリーの倍率を上げるのに役立ちます。パフォーマンス; 3つのプロセスで製造された材料から、層間間隔が大きい粒状グラファイトは、バルクインピーダンスとイオン移動抵抗が小さくなります。電解質に関しては、ワトマールは固定溶媒システムとリチウム塩に基づいて低温添加剤を使用しています。排出能力は85％から90％に増加しました。ウォーターマは、2016年末には早くも-20、-30、-40°C、0.5Cの充電定電流比、-20°Cで62.9％の放電、94％の環境を達成したと理解されています。現在、ウォーターマの低温バッテリーは、内モンゴル自治区、北東部の3つの州およびその他の地域で広く宣伝されています。

8月31日、北京理工大学などの研究チームは、全気候バッテリー製品の開発に成功したことを発表しました。技術者は、ワイヤーの電気加熱の原理を使用して、バッテリーコアにニッケル箔を取り付け、ニッケル箔にエネルギーを与えて熱を発生させ、バッテリーの内部温度を上昇させます。一定の温度に達すると、バッテリーの安全性を確保するためにホイルが自動的に切断されます。 -30°Cの実験環境では、この技術を使用したバッテリーは30秒で0°Cまで急速に加熱でき、放電電力は6倍以上増加し、充電電力はさらに増加することが理解されます。 10回以上。チームの関係者によると、この技術は電池の元の構造を変えることはなく、変換コストは非常に低く、鉛蓄電池やリチウム電池などのさまざまな種類の電池に適しています。 Battery China.comによると、この技術を採用した全気候型電気自動車は2017年12月末に発売される。2020年には4モデル11モデルの開発が完了し、実証運転が開始される見込み。

メディアの報道によると、9月20日の「クリエーターチャイナ」新疆イノベーションアンドアントレプレナーシップコンペティションでは、中国科学院の新疆物理化学研究所の王レイ博士が率いる「全気候リチウム電池」が優勝しました。 Makerグループの一等賞。リチウム電池は、-40°C〜60°Cの環境で安定して動作します。現在、チームはさまざまな高温および低温条件下での製品テストを完了し、商用製品の生産段階に入ります。

2017年9月19日、内モンゴル自治区包頭市で、マイクロマクロMpCOリチウム電池を搭載した12メートルのガス電気ハイブリッドバス70台が正式に発売されました。この地域の最低気温は-30°C未満、最高気温は39°Cに達する可能性があり、包頭はマイクロマクロ急速充電バッテリーの優れた環境適応性を考慮したマイクロマクロ急速充電バッテリーシステムを使用しています。

山東Weinengは、軍用低温リン酸鉄リチウム電池の研究開発と製造を専門とするハイテク企業です。中国科学院の化学研究所と共同で開発・製造されたリン酸鉄リチウム電池の低温性能に大きな飛躍を遂げました。 -40°Cの低温で90％以上定格容量を解放できます。

さらに、Penghui Energyのパワーバッテリーは-20〜60°Cの環境で使用でき、冷暖房システムは必要ありません。ソーントンの新エネルギー三元低温耐性は大幅に改善され、バッテリーは通常-20°Cの環境で放電でき、多くの自動車会社のニーズを満たすことができます。

なぜ充電は放電よりも高い温度を必要とするのですか？

注意深い読者は、多くの企業のバッテリー製品が低温で通常の放電を達成できることに気付くかもしれませんが、同じ温度では、通常の充電を達成するのがより困難であるか、充電できないことさえあります。なぜですか？

業界関係者によると、Li +がグラファイト材料に埋め込まれている場合、最初に脱溶媒和する必要があります。このプロセスは一定量のエネルギーを消費するため、Li +のグラファイトへの拡散が妨げられます。逆に、Li +は、グラファイト材料から出て溶液に入るときに溶媒和を持ちます。プロセス、溶媒和はエネルギーを消費しませんが、Li +はグラファイトをすばやく抽出できます。したがって、グラファイト材料の電荷受容性は、放電受容能力よりも著しく劣っています。

バッテリーの充電は、低温環境では一定のリスクがあります。グラファイトアノードの反応速度は温度の低下とともに低下するため、アノードの電気化学的分極は充電プロセス中に明らかに強化され、沈殿した金属リチウムは容易にリチウムデンドライトを形成し、セパレーターを突き破り、正極間の短絡を引き起こしますおよび負極。 。

したがって、業界の人々は、リチウムイオン電池は低温では避けるべきだと提案しています。バッテリーを低温で充電する必要がある場合、リチウムイオンバッテリーを充電するために小電流（つまり、ゆっくり充電）を選択し、充電後にリチウムイオンバッテリーを完全に充電する必要があります。これにより、リチウム金属が負極はグラファイトと反応する可能性があります。 、グラファイト負極の内側に再埋め込み。

もちろん、チタン酸リチウム電池には材料上の利点があります。それでも低温で急速充電を達成することができます、この種の気まぐれな、他の材料のバッテリーは学ぶのが難しいです。

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