急速充電技術の開発展望

電気自動車の使用において、消費者は充電時間と航続距離について最も心配しています。現在の技術レベルでは、充電時間と航続距離を達成するのが難しいため、パワーバッテリーは2つのルートを開発しました。1つは、主にリチウムの比エネルギーを継続的に増加させることによって、巡航範囲に焦点を当てた比エネルギークラスです。イオン電池により、電気自動車の航続距離が広がります。 2つ目は、主にリチウムイオン電池の改良により、充電時間の短縮に注力することです。充電性能が速く、電気自動車の充電時間を短縮します。技術の進歩とリチウム電池材料の徹底的な研究により、急速充電技術で遭遇した問題は一つ一つ解決されるかもしれません。

まず、急速充電を理解する方法は？

高速充電を理解するために、専門用語は逃げることができません-充電と放電率Cは、充電と放電の速度として簡単に理解することができます。リチウムイオン電池の充放電速度は、特定の量のエネルギーを電池に蓄えるために使用できる速度、または電池内のエネルギーが放出される速度を決定します。

2018年の新エネルギー車補助金方針によると、充電率は3C未満であり、これは非急速充電クラスの純粋な電気バスに属しています。急速充電式純電気バスに属する3C（含む）よりも充電率が高い。ただし、高速充電の補助金部門は新エネルギーバスのみであり、乗用車や物流車両は対象外です。

業界と寧出時代の定義によれば、電気自動車の急速充電とは、充電電流が1.6Cを超える充電方法、つまり0％充電から80％時間まで30分未満の技術を指します。著者は、充電速度は、低速充電の場合は1.6C未満、小型急速充電の場合は1.6C〜3C、高速充電の場合は3C未満であるという意見を包括的に表明しました。ほとんどの電気乗用車は「小さな急速充電」を実現でき、急速充電バスの充電率は主に3C-5Cに集中しています。

リチウムイオン電池をロッキングチェアと比較すると、ロッキングチェアの両端が電池の両極であり、リチウムイオンはロッキングチェアの両端を前後に走る優秀なスポーツマンのようです。充電すると、電池の正極にリチウムイオンが発生し、発生したリチウムイオンは電解液を通って負極に移動します。負極としての炭素は層状構造であり、負極に到達するリチウムイオンを挿入するための微細孔が多数あります。埋め込まれるリチウムイオンが多いほど、充電容量は大きくなります。

急速充電時には、リチウムイオンを加速して瞬時に負極に埋め込む必要があります。これは、負極がリチウムイオンを迅速に受け取る能力にとって非常に困難です。一般的な化学システムのバッテリーでは、急速充電中に副生成物が負極に現れ、バッテリーのサイクルと安定性に影響を与えます。エネルギー密度と電力密度は、同じバッテリーの2つの方向であると言えます。

それが国の政策志向であろうと企業の技術レイアウトであろうと、高いエネルギー密度の追求は一般的に追求されます。パワーバッテリーのエネルギー密度が十分に高い場合、1台の車の負荷はいわゆる「走行距離の不安」を回避するのに十分な大きさであり、急速充電の需要は減少します。しかし、電力が大きく、コストが下がらなければ市場に受け入れられにくい。したがって、便利な充電容量と適用可能な航続距離でバッテリーのコストを制御できれば、ユーザーの不安を大幅に軽減でき、急速充電に価値があります。

第二に、さまざまな技術ルートへの急速充電アプリケーションの適用

充電速度は、パワーバッテリー、充電パイル、電気自動車、および電力網の全体的な技術要件および設計要件と密接に関連しています。最大の要因はバッテリーです。具体的には、急速充電技術の方向でのさまざまなタイプのパワーバッテリーのアプリケーショントレンドについて説明します。ほぼすべての種類の正極材料を使用して速充填電池を製造できますが、それらの適合性と利点は異なります。

1、三元急速充電バッテリーは電気乗用車により適しています

三元電池は、エネルギー密度が高いため、より価値があります。材料自体は優れた導電性を持っていますが、反応性が高すぎるため、急速充電の安全性に大きな課題があります。

三元電池急速充電システムの代表的な企業は、寧徳時代、ビックなどです。寧徳時代は、15分で5％から85％のSOC充電、エネルギー密度190Wh / kg、2500倍以上のサイクル寿命を実現できる「超伝導サブネット」と「高速イオンリング」技術を開発しました。主な応用分野は乗客です。この車は2018年に量産できると見込まれています。

今年5月にBAKが発表した最新の3.0高エネルギーコアは、シリコンベースのアノード材料、高ニッケルカソード材料、および特別に開発された電解質の導入により、約250 Wh / kgのエネルギー密度を達成できます。 500kmの長い航続距離。充電戦略の設計により、充電時間が効果的に短縮され、充電効率が向上します。極度の緊急モードでは、10分で60キロ走行できます。

燃料車の使用習慣に応じて、充電時間は10〜20分以内で完全に充電する必要があり、充電倍率は少なくとも3〜6℃である必要があります。現在、市場に出回っている純粋な電気乗用車のほとんどは、30分から1時間で80％の電力で満たされています。充電時間は過去2、3時間で大幅に増加しており、今後さらに20分に短縮される見込みです。

2、リン酸鉄リチウム急速充電の乗客が利用可能です

リン酸鉄リチウムは、急速充電の分野で固有の利点はありません。材料の観点から、リン酸鉄リチウム材料の固有の導電率は比較的低く、三元材料のわずか1％であり、急速充電のニーズに合わせてリン酸鉄リチウム材料の導電率を最適化する必要があります。ただし、リン酸鉄リチウムの材料費は比較的低いです。成熟した技術的背景と安定した製品性能を組み合わせることで、幅広いアプリケーションの見通しがあります。代表的な企業には、寧徳時代、ウォーターマなどがあります。

理論上のエネルギー密度の極限によって制限されているリン酸鉄リチウムには、将来のエネルギー密度の余地があまりありません。しかし、乗用車、物流車両、特殊車両などの商用車にはリン酸鉄リチウム方式が採用されており、エネルギー密度の向上は不要であり、急速充電がますます重要になっています。

3.マンガン酸リチウム電池はプラグインハイブリッドバスに適しています

マンガン酸リチウム電池は、電力性能、放電率性能、低温性能、高電圧周波数の特性を備えており、三元上流の原料の狂気の下でマンガン酸リチウムのコスト優位性が徐々に強調されています。しかし、エネルギー密度と高温性能の面で改善する必要があります。近年、マンガン酸リチウム急速充電バッテリーは、CITIC Guoan Mengli、Yipeng New Energy、WeihongPowerなどの企業を代表するプラグインハイブリッドバスの分野で大幅な増加を占めています。

しかしながら、マンガン酸リチウム電池は高温条件下でのサイクル性能が低く、マンガン酸リチウム電池の高温性能は正極ドーピングによって改善することができるが、修飾されたマンガン酸リチウム材料は「元のマンガン酸リチウム」ではない。業界では、「多成分複合材料」が一般的に使用されています。正極は三元材料とマンガン酸リチウム混合系を採用し、負極は多孔質複合炭素を使用して急速充電の性能をさらに向上させますが、それでも安全性に焦点を合わせて継続的に改善する必要があります。

4、純粋な電気バス用のチタン酸リチウム急速充電バッテリー

チタン酸リチウム電池は陽極材料にちなんで名付けられ、正極は三元材料で作られています。珠海インロング、Weihong Power、TianjinJieweiが典型的な企業です。性能面では、チタン酸リチウム電池は低温性能、安全性、リサイクル性能に優れており、急速充電電池のレート性能として業界で認められています。しかし、チタン酸リチウムの現在の未解決の問題には2つのポイントがあります。1つは、エネルギー密度が比較的低いことです。エネルギー密度の増加に対する政策と市場の需要の圧力の下で、チタン酸リチウムの現在の市場シェアは、パワーバッテリー市場全体を占めています。第二に、チタン、ニッケル、コバルトなどの高コストの小さな金属材料の影響により、チタン酸リチウム電池のコストは他のシステムよりも大幅に高くなります。

チタン酸リチウム電池は、材料自体の性質、つまり「ゼロひずみ」によって決定される高速充填電池の他のシステムよりも、サイクル寿命が大幅に優れています。ただし、その欠点は明らかであり、エネルギー密度は低く、エネルギー密度は3成分系の約半分にすぎません。また、価格が高すぎるため、現在、そのほとんどが急速充電バスに採用されています。この欠陥を解決するために、より高い電圧のカソード材料と一致する電解質を探すことが急務です。

5、高速充填の新しい方向-チタンニオブ酸化物アノード材料

酸化ストロンチウムチタンは、チタン酸リチウムをベースに開発されています。主な利点は、チタン酸リチウムの理論容量が175 mAh / gであるのに対し、酸化ストロンチウムチタンの理論容量は約280 mAh / gであることです。

2017年10月、東芝は、2019年に市販される予定の新世代の自動車用リチウムイオン電池の開発に成功したことを正式に発表しました。電池は、現在の技術と比較して破壊的な進歩である酸化チタンビスマス材料を使用しています三元およびリチウム鉄リン酸塩など。新しいバッテリーには、高いエネルギー密度と急速充電効率という利点があります。わずか6分の充電で電気の90％に到達し、320kmを移動できます。現在、リチウム電池は最大80％まで充電するのに平均30分かかります。

また、「グラフェン電池」の概念は注目を集めていますが、業界では物議を醸しています。リチウム電池の用途では、グラフェンは主に負の活物質および導電性添加剤として使用されます。急速充電容量に関しては、導電剤としてグラフェンを使用するか、リン酸鉄リチウム/三元リチウム材料をグラフェンでコーティングすることで、より優れた急速充電効果を実現できます。ただし、包括的なコストやプロセスの難しさなどの指標は、依然として非常に困難です。

第三に、急速充電製品市場の見通し

高エネルギー密度、急速充電、低価格は、ユーザーが最も期待している理想的なパワーバッテリー製品です。しかし、「魚と熊の足は両方を持つことはできません」。既存のリチウムイオン電池システムでは、レート性能、エネルギー密度、寿命、安全性、価格など、パワーバッテリーの5つの最も重要な指標が比較的安定したレーダーチャートに固定されています。内部では、1つの指標を改善するために、他の指標は比較的失われます。

現在、急速充電されたパワーバッテリーは主に新エネルギーバスで使用されています。それらは都市と聴衆に対して非常に選択的であるため、比較的財政的な支援を受けている都市またはユニットは、急速に満たされるバッテリーバスである傾向があります。ただし、市場開拓の可能性の観点から、乗用車や特殊物流車の成長率や市場規模は、将来的には乗用車よりも高くなる。そのため、将来的には、急速に充填されるパワーバッテリーの消費構造は、この2種類の車両にシフトします。

バッテリー中国のデータによると、2017年の中国の高速乗用車の生産量は6,486台で、バッテリーの設備容量は597.52 MWhに達し、新エネルギーバスの総数の6％を占めています。その中で、高速充填乗用車の充電率は最大6.42℃です。 3C-5Cモデルの出力は4,771ユニットで、バッテリーの設置容量は480.68MWhです。 5C-10Cモデルの出力は1,715台、バッテリーの設備容量は116.84MWhです。現在、高速乗用車の高速充電率は主に3C〜5Cに集中しています。バッテリーの種類から見ると、2017年の急速充填乗用車のバッテリー素材は主にチタン酸リチウムであり、設備容量は571.54Mwhで95.65％を占める。

2017年の4種類のパワーバッテリー出荷によると、プラグインハイブリッド車には1.54GWhのマンガン酸リチウムが使用されており、小速充電の要件を部分的に満たし、16GWhの三元バッテリー部分は小速充電の要件を満たしています。全体として、三元急速充電バッテリーは乗用車に適しており、リン酸鉄リチウム、チタン酸リチウム、およびその他の急速充電バッテリーは乗用車に適しています。マンガン酸リチウム急速充電バッテリーは、プラグインハイブリッド車、酸化チタンビスマス、または急速充電の新しい方向性に適しています。

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