リチウム電池がすぐに充電できない理由

リチウムイオン電池を搭載した純粋な電気自動車にとって、充電の難しさは依然として大きな問題であるため、「急速充電」は多くのメーカーにとってギミックになっています。著者は、リチウム電気の急速充電問題を2つのレベルから分析する必要があると考えています。

コアレベルでは、リチウムイオン電池の倍増性能は、正極/電解質/負極材料の固有の伝送特性によって制限されますが、一方で、電極プロセスとコア構造の設計も倍増に大きな影響を与えますパフォーマンス..

ただし、最も重要なキャリアの伝導と輸送動作の観点から、リチウム電気は「急速充電」には適していません。リチウム電気システムの特徴的なキャリア伝導および輸送挙動は、正極および負極材料の導電率、リチウムイオンの拡散係数、および有機電解質の導電率に依存します。埋め込まれた反応機構に基づいて、リチウムイオン正極材料（一次元イオンチャネルのオリビン、二次元チャネル層状材料および三次元チャネルスピネル正極材料における拡散係数）および負極グラファイト負極材料（層状構造）は、一般に、水二次電池での不均一なレドックス反応の速度定数よりも数桁低くなります。

さらに、有機電解質のイオン伝導率は、水二次電池（強酸または強塩基）のイオン伝導率よりも2桁低くなっています。リチウムの負極表面にはSEI膜の層があります。実際、リチウムの倍増性能は、SEI膜内のリチウムイオンの拡散によって主に制御されます。有機電解質中の粉末電極の分極は水系の分極よりもはるかに深刻であるため、リチウムは高倍率または低温条件下で負の表面で簡単に分析でき、重大な安全上の問題をもたらします。

また、高電力充電の条件下では、正極材料の格子が破壊されやすく、負極グラファイトシート層も損傷する可能性があります。これらの要因は容量の減衰を加速し、パワーセルの耐用年数に深刻な影響を及ぼします。したがって、埋め込まれた反応の本質的な特性により、リチウムイオン電池は高電力充電には適していないことがわかります。その結果、急速充電・急速放電モードでは単電池のサイクル寿命が大幅に低下し、使用後期では電池の性能が大幅に低下することが確認されています。

もちろん、チタン酸リチウム（LTO）バッテリーは大量に充電および放電できると言う読者もいるかもしれません。

チタン酸リチウムの倍増性能は、その結晶構造とイオン拡散係数によって説明できます。しかし、チタン酸リチウム電池のエネルギー密度は非常に低く、その電力タイプの使用はエネルギー密度の犠牲に基づいています。これにより、チタン酸リチウム電池の単位エネルギーあたりのコスト（$ / Wh）が高くなり、金額が低いことがチタン酸リチウム電池を決定します。リチウム電力開発の主流になることは不可能です。実際、日本の東芝のSCiBバッテリーの長年にわたる販売不振は、問題を示しています。

コアレベルでは、電極技術とコア構造設計の観点から、倍増性能を向上させることができます。例えば、電極を薄くしたり、導電剤の割合を増やしたりするなどの対策が一般的に使用される技術的対策です。さらに、一部のメーカーは、コアのサーミスタを取り外したり、硬化した流体を濃くしたりするなどの極端な方法を使用しています。実際、中国の多くのパワーバッテリー会社は、技術的なハイライトとして、LFPパワーバッテリーデータを30Cまたは50Cの高レートで使用しています。

ここで指摘したいのは、テスト方法としては間違いではありませんが、コア内でどのような変更が行われたかが重要です。長期間の高倍率では、おそらく正極と負極の構造が破壊されており、負極はすでにリチウムを分析しています。これらの問題は、その場での検出方法（SEM、XRD、中性子回折など）の使用を必要とします。明確にすることができます。残念ながら、これらの現場試験方法は、国内の電池会社にはほとんど適用されていません。

また、リチウム放電の充電プロセスと放電プロセスの違いを読者に思い出させたいと思います。充電プロセスとは異なり、リチウム放電（外部作業）のバッテリーへの放電による損傷は、急速充電ほど深刻ではありません。これは他の水二次電池と同様です。しかし、実際に電気自動車を使用する場合、大電流放電よりも高電力充電（急速充電）の必要性が急務であることは間違いありません。

バッテリーレベルまで上げるのはもっと複雑になります。異なる個々のセルの充電電圧と充電電流は、充電プロセス中に一定ではなく、パワーセルの充電時間は必然的に単一セルの充電時間を超えます。つまり、従来の充電技術でも30分以内に1つのセルを半分の容量まで充電できますが、バッテリーパックは確実にこの時間を超えます。これは、急速充電技術の利点があまり明白でないことを意味します。

また、リチウムイオン電池の使用（放電）中は、容量の消費と放電時間は直線的ではなく、時間の経過とともに加速します。たとえば、電気自動車の走行距離が200 kmの場合、通常の走行距離が100 kmの場合、パワーバッテリーの容量の80％が残っている可能性があります。バッテリー容量が50％の場合、電気自動車は50kmしか走行できない可能性があります。

リチウムイオン電池のこの特性は、パワーセルを半分または80％まで充電するだけでは、電気自動車の実際のニーズを満たすのに十分ではないことを示しています。たとえば、テスラの急速充電技術の推進は、著者の見解では実際には実用的というよりはギミックであり、急速充電はバッテリーの耐用年数と性能を著しく低下させ、安全上のリスクをもたらします。

リチウムは本質的に急速充電には適していないため、理論的には、スイッチングモードは急速充電の欠点を補うことができます。パワーバッテリーをプラガブルタイプに設計すると、車両の構造強度や電気絶縁性に問題が生じ、バッテリーの基準や言い訳にも大きな問題がありますが、個人的にはこのモデルは技術的に（そして技術的にのみ） ）リチウムの急速充電の問題に対する実行可能な解決策。

私の意見では、「バッテリーリース+スイッチモデル」は、消費者の習慣の問題を除いて、世界規模で成功した前例はありません（所有者はバッテリーは車のような私有財産であると信じています）。主な障害は、技術標準の背後に隠された利益の膨大な分布にあります。市場志向の高い欧米諸国では、この問題の解決は中国よりもはるかに困難です。個人的には、将来的には中国のバスやタクシーの分野で電気自動車の開発の余地が増えるかもしれないと著者は考えています。

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