リチウムイオン電池のジレンマ分析

2012年、国務院は「省エネと新エネルギー車産業の開発計画（2012-2020）」を公布し、中国での新エネルギー車の開発はリチウムイオン電池純電気自動車に焦点を当てることを明らかにした（ LIB-EV）。近年、リチウムイオン電池の純粋な電気自動車は、中国の新エネルギー車の絶対的な主流になっています。リチウムイオン電池は、中国の電気自動車用電池の市場を統一しました。

2014年12月、世界最大の自動車会社であるトヨタは、世界初の大量生産型燃料電池（PEMFC）電気自動車Mirai（FC-EV）を正式に発売しました。その後、ホンダは2015年後半に新しい燃料電池車FCVクラリティを発表しました。それ以来、日産、現代、GM、BMW、VWはすべて、燃料電池電気自動車の産業化に関する独自の計画を発表しました。過去2年間。

中国と日本（そして実際に韓国とヨーロッパと米国の主流の自動車会社）が純粋な電気自動車のために異なる技術的道を選んだことがわかります。トヨタ、ホンダ、ヒュンダイの燃料電池車（FC-EV）の小規模商業生産の現実に直面して、私たちが最初に考える必要があるのは、中国と日本が純粋な電気自動車の開発において異なる技術ルートを選択した理由です。それとも、純粋な電気自動車にはどのような電力システムが適しているでしょうか？

本質的に、リチウムイオン電池を含む二次電池は、可逆的な電気化学反応を通じて電気エネルギーを貯蔵および放出するエネルギー貯蔵装置です。燃料電池（PEMFC）は、電気触媒反応によって燃料中の化学エネルギーを電気エネルギーに変換する電気エネルギー生成装置です。燃料電池は「バッテリー」（中国語訳の理由）とも呼ばれますが、基本的な動作モードは内燃機関と多少似ており、従来の二次電池とは本質的に異なります。 2つの電気化学電源システムの性質は異なり、アプリケーションレベルでの異なる位置を直接決定します。

現在、中国は基本的にリチウムイオン電池を電気自動車の電源（パワーセル）の選択の唯一の選択肢と見なしています。また、国内のリチウム産業は、「リチウムイオン電池が他の二次電池に取って代わる」または「リチウムイオン電池がユニバーサル電池として広く使用されている」というこの奇妙な理論で人気があります。

リチウムイオン電池の基礎知識を明確にする必要があると思います。著者の見解では、リチウムイオン電池には2つの大きな課題があり、大型および中型車の主な電源になることは困難です。安全性のジレンマとエネルギー密度のボトルネックです。

安全性のジレンマ：まず、ここで強調したいのは、最も基本的な熱力学的観点から、既存のリチウムイオン電池システムは熱力学的に不安定であるということです。安定して動作できる理由は、正と負の表面のパッシベーション膜が、高活性の正と負の材料と電解質とのさらなる反応から動的に分離され、さまざまな要因によって引き起こされる熱暴走が破壊されるためです。正と負の表面。パッシベーションフィルムの最も直接的な理由であるこの科学的な質問は、リチウムイオン電池の安全性を客観的に理解するために非常に重要です。

商用二次電池は、電池が完全に充電された状態になり、不適切な過充電によって引き起こされる安全上の問題を回避するために、効果的な過充電防止対策が必要です。給水システムであろうと有機二次電池であろうと、充電の安全性は正の限界容量（負の過剰容量）の基本原理に基づいています。この前提がなくなると、過充電の結果、水システムの二次電池が水素を生成し、リチウムイオン電池の場合は負のリチウムクロマトグラフィーになります。

しかし、さまざまな水二次電池は、水の分解反応を効果的に利用して「酸素循環」の原理を利用し、過充電保護を実現することができます。水二次電池は、水の分解電圧によるエネルギー密度のさらなる増加を制限しますが、水は水二次電池にほぼ完璧でかけがえのない過充電防止ソリューションも提供することを覚えておくことが重要です。リチウムイオン電池では、負極が高活性金属リチウムを析出させると、電池内部で金属リチウムを除去できないため、必然的に安全上の問題が発生します。

したがって、ある意味で、問題の安全性におけるリチウムイオン電池は解決策ではありません！熱制御技術（PTC電極）、正および負の表面セラミックコーティング、過充電保護添加剤、感電ダイヤフラム、難燃性電解質などのいくつかの技術的手段を包括的に適用することにより、リチウム電気の安全性を効果的に向上させることができます。しかし、リチウム電気は熱力学的に不安定なシステムであるため、これらの対策ではリチウム電気の安全性の問題を根本的に解決することはできません。

一方、これらの対策は、コストを増加させるだけでなく、バッテリーのエネルギー密度を低下させます。パワーセルモノマーコアの容量を制限することは、安全性を容易にするために依然として必要な手段です。ここで強調したいのは、BMSではリチウムイオン電池の安全性の問題を解決できないということです。これは、BMSの基本的な動作原理によって決定されます。

上記の要素を考慮すると、リチウム電気の「安全性」は相対的なものにすぎないことがわかります。近年、国内のリチウムイオン産業は、リチウムイオン電池が川や湖を統一し、他の二次電池に取って代わるという考えに満ちています。この議論は、安全性の観点から間違いなくばかげています。

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