2種類のリチウム電池の長所と短所

リチウム電池は通常、2つのカテゴリに分類されます。

リチウム金属電池：リチウム金属電池は、一般に、正極材料として二酸化マンガン、負極材料として金属リチウムまたはその合金金属、および非水性電解質溶液を使用する電池である。

リチウムイオン電池：リチウムイオン電池は、一般に、正極材料としてリチウム合金金属酸化物、負極材料としてグラファイト、および非水電解質を使用する電池である。

リチウム金属電池はエネルギー密度が高いですが、理論的には3,860ワット/ kgに達する可能性があります。ただし、安定性が低く充電できないため、繰り返し使用するパワーバッテリーとして使用することはできません。リチウムイオン電池は、繰り返し充電できることから主電源電池として開発されました。しかし、異なる元素との組み合わせにより、カソード材料の組成はさまざまな面で大きく異なり、カソード材料のルートをめぐる業界の論争が増加しています。

一般的に、最も一般的に使用される電力電池は、リン酸鉄リチウム電池、マンガン酸リチウム電池、酸化リチウムコバルト電池、および三元リチウム電池（三元ニッケルコバルトマンガン）です。

上記のすべてのタイプのバッテリーには長所と短所があり、大まかに次のように要約されます。

リン酸鉄リチウム：

利点：長寿命、大きな充放電率、優れた安全性、高温、無害な要素、および低コスト。

短所：低エネルギー密度と低タップ密度（かさ密度）。

三元リチウム：

利点：高いエネルギー密度と高いタップ密度。

短所：安全性の低さ、高温耐性の低さ、寿命の低さ、電力放電の低さ、および有毒元素（三元リチウム電池の温度は充電および放電後に急激に上昇し、酸素は高温後に容易に燃焼します）。

二酸化マンガンリチウム：

利点：高いタップ密度と低コスト。

短所：耐熱性が低く、長期間使用するとクエン酸リチウムの温度が急激に上昇し、バッテリーの寿命が大幅に短くなります（日産の電気自動車のリーフなど）。

コバルト酸リチウム：

通常3C製品で使用され、安全性は非常に低く、パワーバッテリーには適していません。

理論的には、必要なバッテリーは、高エネルギー密度、高かさ密度、優れた安全性、高温および低温耐性、長いサイクル寿命、無毒で無害、高電力の充電と放電、統合と低コストのすべての利点である必要があります。ただし、現時点ではそのようなバッテリーはないため、さまざまな種類のバッテリーの長所と短所の間にはトレードオフがあります。また、電気自動車によってバッテリーの需要が異なるため、バッテリーの経路の選択を正しく判断できるのは、電気自動車の長期的な判断だけです。

リン酸鉄リチウム電池の利点

ここで、前の2つの記事に戻る必要があります。電気自動車の未来は、走行距離が短く、急速充電される電気自動車に基づくべきであると分析しました。現在、ファミリーカーはバス市場で長寿命のデュアルモードハイブリッドパワーと長寿命の純粋な電気自動車を必要としています。では、この車にはどのようなバッテリーが必要ですか？

まず、セキュリティ

まず第一に、安全は自動車の前提条件です。車やコンピューターとは異なり、車はバッテリーのクラッシュや自動車事故による衝撃など、高速で多くの予測できない要因に遭遇する可能性があります。不利な要因があると、車が破壊される可能性があります。古いスクーターの中には、劣った鉛蓄電池を使用しているものがあり、安全性がまったくなく、自然発火や電池の衝撃燃焼の事例が多いことがわかります。もう1つの例は、テスラの安全設計に犠牲者はなかったものの、テスラのほぼ1年にわたる継続的な火災事故です。しかし同時に、これらの事件は非常に小さな衝突であることも確認する必要があります。衝突自体は車や人に害はありませんが、バッテリーは燃えています。では、もっと深刻な事故だったらどうなるでしょうか。

第二に、高速放電寿命

普通の車は何十年も持ちます、そして電気自動車のバッテリーは10年で少なくとも3,000サイクルを必要とします。比較的高価な部品であるため、寿命が自動車と同等であることが非常に重要です。市場に利益をもたらすためには、車両の性能を確保し、所有者の利益を確保する必要があります。現在、世界の自動車会社の電気自動車は、昨年リストされたBYD「秦」だけがバッテリー寿命保証を達成しています。

バッテリーの寿命はサイクル寿命でもあり、単純なバッテリーパラメーターで与えられる数値ではありません。バッテリーのサイクル寿命は、放電率、充電率、温度など、バッテリーのサイクル状態と密接に関連しています。通常、電池実験室のデータから得られるサイクル寿命は、20度の一定温度で0.3℃の一定の充放電速度で得られます。ただし、実際に車を使用している間は、倍率や温度が一定ではありません。そのため、一般的に、ノートブック、携帯電話、バッテリーカーのバッテリーのいずれであっても、実際の使用寿命はメーカーの理由よりはるかに短いのです。中小型の純粋な電気自動車と長寿命のデュアルモードハイブリッド車は、バッテリーが少なく、放電要件が高く、寿命に大きな影響を与えるためです。

たとえば、A123リン酸鉄リチウム電池のサイクル寿命は通常3,000サイクルを超えます。ただし、A123リン酸鉄リチウムRCバッテリーは、10Cの充電率と5Cの放電率で使用されます。実験室での寿命は600倍に短縮され、実際の使用では約400倍になり、放電率が寿命に与える影響が見られます。 。

BYD「秦」を例にとると、13KWHバッテリーのみが110KWのピーク電力でモーターを駆動します。 「秦」が完全に充電されると、その最大放電率は8.4Cと高くなると計算できます。特に「秦」の電気が50％しかない場合、最大放電率は18℃に達する可能性があります。バッテリー残量が少なく、放電率が25℃を超えると、バッテリーの寿命が大幅に短くなります。

310KWモーターの最大電力であるTeslaP85電力を見てください。実際、バッテリーの放電率はわずか4Cです。わずか30％の充電で、最大放電率はわずか10℃です。また、テスラの大容量バッテリーは、バッテリーが高出力で放電するのを大幅に回避します。

簡単に比較すると、BYDの高速放電寿命の優位性がわかります。

第三に、温度適応性

バッテリーへの極度の寒さの影響は、主に低い充放電率と静電容量の減少に反映されます。バッテリーへの極度の熱の影響は、主に寿命の低下、高温の安全性、および充電および放電容量の低下によって明らかになります。

一般的なリチウム電池はマイナス20度以下で使用でき、電池の放電過程で熱自体が発生するため、極端な寒さによる電池への影響は比較的少ないですが、エネルギー消費量の増加と力は避けられません。

純粋な電気自動車に対する極寒の影響は、デュアルモードハイブリッドの影響とは異なります。純粋な電気自動車には他の動力源がないため、極寒の条件で適切な温度に到達するには、バッテリー放電加熱に依存する必要があります。これは、エネルギー消費と航続距離に大きな影響を与えます。冬のテスラでは、エネルギー消費量と航続距離が100kmと大きく異なります。

デュアルモードハイブリッドへの影響は弱いです。バックアップとしてエネルギーを提供するハイブリッドエンジンがあるからです。たとえば、昨年11月、BYDは包頭で「秦」プロモーション活動を行いました。当時の夜の気温はマイナス15度から20度でした。朝の寒さで車両が始動すると、システムは自動的にHEVモードに切り替わります。エンジンはエアコンを駆動し、車をすばやく改善します。温度が上がると内部温度がEVモードに戻ります。

極端な熱は純粋な電気と混合に大きな影響を及ぼします。たとえば、バッテリー自体は高電力放電温度で上昇します。一般的なリチウムイオン電池を例にとると、電池の放電温度を50度近くまで上げることができます。このような高温は、バッテリーの寿命に影響を与えるだけでなく、さらに重要なことに、安全上の問題もあります。たとえば、テスラの三元電池は高温環境で酸素を放出し、酸素は可燃物です。テスラは循環冷却システムによって温度を下げ、酸素が逃げるのを防ぐために隔離されたバッテリーをハードケースに包みます。ただし、衝撃を受けたときに発火することは避けられません。

第四に、エネルギー密度

エネルギー密度は、その名前が示すように、重量の単位が保持できるエネルギーです。エネルギー密度は通常、バッテリーの優位性を判断するための重要な指標ですが、著者の分析システムでは、エネルギー密度はバッテリーの性能指標ではそれほど重要ではありません。

これには2つの理由があります。

1.エネルギー密度は他の特性と組み合わせる必要があります。たとえば、リン酸鉄リチウム電池のエネルギー密度は高くありません。しかし、その安全性、安定性、および高温耐性のために、リン酸鉄リチウムで構成されたバッテリーは非常に単純であり、多くの保護補助装置を必要としません。テスラの三元バッテリーはバッテリーセルの密度が高いですが、安全性が低く高温であるため、複雑なバッテリー保護装置と組み合わせる必要があり、車の重量が増加します。テスラは、連続燃焼事故の後、バッテリー保護装置を厚くする準備をしていると報告されています。これは、三元バッテリーのエネルギー密度の利点を弱めます。

2.重量は、特に将来のハイブリッド電気自動車や小型走行距離の純粋な電気自動車の主流のトレンドでは、車にほとんど影響を与えません。 130 kWh / kgのエネルギー密度と200kWh / kgのエネルギー密度のバッテリーの比較を想像することができます。最大総出力が80度であっても、2つのバッテリーの重量差はわずか200KGです。

これは、2トンに近い車への影響は非常に少ないです。

したがって、著者は、バッテリーのエネルギー密度は当然大きくなりますが、意図的に最大値を追求する必要はないと考えています。特に、エネルギー密度が高いほど、不安定になります。これが基本的な常識です。それが十分である限り、エネルギー密度はそれほど重要ではありません。

V.コスト

コストは非常によく理解されており、このシリーズの最初の部分で計算された、広く採用されるためのコスト上の利点がなければなりません。小規模の純粋な電気自動車またはハイブリッド電気自動車は、一方では、バッテリーのコストを節約するために車内のバッテリーの量を減らす必要があり、他方では、バッテリーパック+保護装置のコストを減らす必要があります。したがって、テスラのバッテリーコストは低いが、全体的なコストは依然として高いことがわかりました。

上記の議論を通して、異なるリチウムイオン電池には自然な長所と短所があることがわかります。しかし重要なのは、適切なバッテリーを選択できるように、将来の電気自動車開発の重要な要素をどのように分類するかです。要約すると、安全率、寿命、放電容量、温度適応、エネルギー密度、コストなどの要素を考慮すると、著者は、リン酸鉄リチウム電池が電気自動車用電池の将来の開発方向に最も適していると考えています。

このページには、機械翻訳の内容が含まれています。