バッテリーの「騒々しい革命」を開始および停止します。チタン酸リチウムバッテリーを裏返す方法は？

バッテリーの始動と停止の基本的な要件は、バッテリーが高倍率、広い温度範囲、および長いサイクル寿命を備えていることです。現在、市場に出回っているアイドリングストップ電池の9割が鉛蓄電池で占められていますが、鉛蓄電池は、環境にやさしい、低温放電性能の悪さ、エネルギー密度の低さ、低さなどの問題があります。サイクル寿命。

鉛蓄電池の代替として、リチウムイオン電池は、高速充電および放電性能、安全性、コストなどの課題にも直面しています。市販のリチウムイオン電池の負極は基本的にグラファイトです。ただし、グラファイトアノードにはいくつかの問題があります。第一に、グラファイトのリチウムイオン拡散係数は比較的低いため、グラファイトアノードリチウムイオン製品の歩留まり性能は特に理想的ではありません。

2つ目はサイクル寿命です。グラファイトアノードは、リチウムをデインターカレートするプロセス中に、一般に約10％の特定の体積膨張を受けます。同時に、グラファイトアノードの表面に形成されたSEI膜は、充電および放電中の継続的な消費と修復の動的な変化です。プロセス、したがって、グラファイトアノードを使用するバッテリーのサイクル容量低下の問題はまだ克服されていません。

3番目は安全上の考慮事項です。グラファイトアノード脱インターカレーションポテンシャルプラットフォームは約0.1〜0.15Vであり、低温または大倍率でリチウム析出物を形成しやすく、安全事故につながります。もう一つのポイントは、リチウムを組み込んだグラファイトアノード自体が非常に活性な物質であるということです。バッテリーが制御不能になると、高レベルの不安が生じます。

グラファイトアノードの代替として、チタン酸リチウムアノードには以下の利点があります。第一に、それはより高いリチウムイオン拡散係数を持っています。現在、チタン酸リチウムのさまざまな合成方法によれば、リチウムイオン拡散係数は10-7から10-9である可能性があり、それによってチタン酸リチウムのこの材料の高速性能が保証されます。

第二に、チタン酸リチウムは非常に長いサイクル寿命を持っています。チタン酸リチウム材料からリチウムをデインターカレートする過程で結晶格子のサイズはほとんど変化しないため、ゼロひずみ材料として知られているため、サイクル寿命は非常に長くなります。

第三に、安全性の観点から、チタン酸リチウムはリチウムに対して約1.55Vの脱インターカレーション電位を持っています。充放電および低温下でリチウムデンドライトを形成することは困難です。チタン酸リチウム自体は比較的安定した物質であり、安全性の面で独特です。

Chaowei Chuangyuanは、チタン酸リチウムベースのスタートストップバッテリーの設計で最初に材料システムを選択します。材料面では、主に粒子径の小さいチタン酸リチウムを選択し、適度なコーティングとドーピングの変更によりチタン酸を改善します。リチウムイオンの拡散係数とリチウムの導電率が主な目的であり、バッテリーコアの製造プロセスにおける処理の問題を解決します。

電解質と多孔質膜に関しても、いくつかの選択を行いました。気孔率と強度の高いセパレーターを選択します。電解質は、常温および低温でのリチウムイオンの伝導率を考慮に入れています。

バッテリーテストの開始と停止に関して、Chaowei Chuangyuanのエンタープライズ標準は、VDA標準と国家標準31484-6に基づいています。いくつかの重要な指標では、低温性能やサイクル寿命安全性試験が国の基準を参照して実施されるなど、当社の企業基準はVDA基準よりも厳格です。

バッテリーコアの開発と同時に、バッテリーコアの熱シミュレーションモデル解析も実施しました。中国科学院との協力により、これは協力プロジェクトの一部にすぎません。予備モデリング分析から、チタン酸リチウム材料によるリチウムイオン拡散係数、伝導率、比熱エネルギー、密度、比表面積、粒子サイズ、およびその他の要因、7Cレート放電終了時のセルの温度場分布は次のとおりです。比較的安定しており、内部温度差は4°C未満、放電最高温度は7°C上昇は7°C未満であり、実際のテスト結果に近い値です。

当社のバッテリー容量は20Ah、75.6％の容量はマイナス20°Cで解放でき、70％の容量はマイナス30°Cで解放でき、11Cの充電は97％の容量で充電でき、7Cの放電容量の保持率は88％です。室温で保存した場合、97日後の電荷保持率は97.7％です。 1Cの充放電サイクルは8000回で、容量保持率は98.5％でした。 3Cは6,000回の充放電を行い、容量保持率は91％でした。

バッテリーの安全性テストに関しては、GB / T31485に従って厳密にテストしています。さらに、180°曲げ、150°Cホットボックス実験、火災燃焼実験など、より厳密なテスト項目を追加しました。バッテリーの低温始動の場合、VDA標準国はマイナス18°C、11 C放電は10秒、端子放電電圧は1.2 V以上である必要があり、使用する標準はマイナス20°Cです。 11 Cで10秒間放電し、同じ端子放電電圧は1.2Vより大きくする必要があります。

80％SOCと100％SOCの低温起動テスト、80％SOCから20°Cを引いた放電終了電圧は1.38V、100％SOC終了放電電圧は1.54Vの2つのデータを傍受し、以下に従って周期テストを実施しました。 VDA規格、50％および17.5％DODサイクルテスト、DODサイクルテスト方法の50％は3C充電および放電、充電および放電容量は11Ah、充電および放電間隔は50％-100％SOC、サイクルカット-オフ状態とは、端子放電電圧が1.5Vを下回るとサイクルが終了することです。

1500週間のサイクルをテストし、バッテリーの端子電圧が約19 mV低下し、端子放電電圧が2.3Vを超えて維持されました。 17.5％DODサイクルの場合、3Cの充電と放電も3.85Ahであり、端子電圧が1.5Vに達するとサイクルが終了します。これまでに2500サイクルが実行され、端子電圧は約13mV低下しました。容量の減衰は非常に小さいです。

ここでも、チタン酸リチウム電池は高いレート性能を備えています。主な理由の1つは、メモリが比較的小さく、AC内部抵抗が約0.6mΩ、11Cの充電容量保持率が97％、低温の開始-停止テストがマイナス20である（°C @ 11Cが放電する場合）ことです。 30秒間、端子電圧は1.5ボルトを超え、サブ20°C @ 1Cの放電容量は72％に維持されます。

安全試験に関しては、国家標準のGB / T31485試験項目に加えて、150℃のホットボックス保管実験、180°曲げ実験、火災試験など、より厳密な試験項目を追加しました。

また、極端な劣化実験、火災試験、600〜700°Cの火炎温度を行いました。燃焼の初期段階では必然的にダイアフラムと電解質の燃焼があり、火炎は成長傾向にありますが、成長の瞬間に私たちはバッテリーを取り外した後、炎はすぐに消えます。これは、電解液とダイアフラムを除いて、バッテリー自体が可燃性ではないことを示しています。バッテリー自体の他の主要な材料の安全性はまだ非常に良好です。今後は、電解液やダイヤフラムの電池セルの安全性向上に注力し、完全不燃性のアイドリングストップ電池の開発に取り組んでいきます。

私たちの仕事の多くは、スタートストップバッテリーとHEVバッテリーの開発を考慮に入れています。チタン酸リチウムベースのバッテリーについては、他にも多くのテスト項目がありますが、ここでは取り上げていません。

最後に、要約すると、チタン酸リチウムベースのスタートストップバッテリーは、10,000倍を超える非常に長い寿命を持っています。当社の超強力アイドリングストップバッテリーは、150°Cのホットボックス保管実験と180°の曲げ試験に合格し、非常に優れた安全性を示しました。その後、主に電解質とダイアフラムに関して、まだ改善の余地があります。 。完全に不燃性のスタートストップバッテリーの開発を実現します。バッテリー自体は超高出力性能を持ち、11C充電の場合は容量の97％を充電できます。

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