Prospektanalyse av litiumbatterier som erstatter blysyre innen bilbatterier

Blybatterier er for tiden den viktigste strømkilden for SLI i motorvogner, og de har også fått mange andre bruksområder. Fordelene med litiumbatterier som SLI-batterier i stedet for blybatterier ligger hovedsakelig i lengre levetid og høyere energitetthet. Når det gjelder sikkerhet, vurderes de nye europeiske batteribestemmelsene om bruk av restriktive materialer i kjøretøy, samt spesifikasjoner for pris, design og test. Livssyklusen og resirkuleringen av de to batteriene tas også i betraktning.

1. Batteribytte

Gjennom årene har kjemi og produksjonsstandarder for blybatterier blitt tilpasset til nye strømkrav og utfordringer relativt raskt ved å justere tilsetningsstoffer og forbedre eksisterende produksjonsprosesser, i stedet for å prøve å redesigne et helt nytt batterisystem. På 1960-tallet var levetiden til et blysyre-SLI-batteri omtrent 3 år, og innen 2015, når strøm- og brukskravene øker, kan batteriet vare så lenge som fem år eller mer.

Blybatterier har opprettholdt markedsandeler, hovedsakelig fordi de kan oppfylle den høye strømmen som kreves for kald ICE-oppstart, holdbarhet ved høy temperatur, relativt høy sikkerhet og relativt lave kostnader. Hvis du planlegger å delta i dette markedet, er dette utfordringene enhver ny batteriteknologi må møte. De siste årene har stabiliteten til litiumbatterier når det gjelder kjemi og produksjon blitt betydelig forbedret, kostnadene er kontinuerlig redusert, og ytelsen er kontinuerlig forbedret. I en bredere forstand, sammenlignet med blybatterier, er de nåværende hovedfordelene med litiumion SLI-batterier deres høye energitetthet og lange levetid.

Litium-ion SLI-batterier har lignende ytelse som eksisterende bly-syre-SLI-batterier, og ytterligere tester har blitt introdusert for å evaluere stabiliteten til litium-ion SLI-batterier. Inkludert strenge sikkerhetstiltak, som for eksempel overbelastningsbeskyttelse, ødeleggelsestester for knusing eller punktering, kontinuerlig utladning og lading ved lav temperatur, og evaluering av virkningen av litiumavsetning.

2. Sikkerhetsdesign av litiumionbatteri

Den viktigste utfordringen i utviklingen av litium-ion SLI-batterier er hvor trygt batteriet er under misbruk eller aldringsforhold, og om termisk rømning vil oppstå. Mange tester har blitt utført for å forhindre denne situasjonen, men ikke alle situasjoner er forutsigbare. Ettersom ulykken forårsaket overdreven skade på det indre av kjøretøyet, noe som kan føre til at batteriet brenner på grunn av utvendige eller interne branner, vil forholdsreglene som er tatt, sikre at det ødelagte batteriet ikke ytterligere forårsaker gnister, og derved redusere brannspredningen etter ulykke. I tillegg er en unik faktor i batteriet den interne kortslutningen (ISC) som kan oppstå på grunn av aldring. Noen vanlige forhold, for eksempel dannelse av litiumdendritter, trenger inn i membranen for å forårsake kortslutning, noe som får membranen til å krympe på grunn av varme og forårsake kortslutning i store områder. En annen utfordring for standardisert batteritesting er at den ytre strukturen til litiumionbatterier kan være sylindrisk, pose (myk pakke) eller firkantet. Derfor krever hver batteritype en annen mekanisk testprosedyre. Disse teknikkene kan brukes til å veilede forståelsen av sammenhengen mellom sikkerhetstesting og litiumion SLI-batterier.

3. SLI batteridesign

I utformingen av SLI-batterier er det en rekke elektrodematerialer og batterikombinasjoner å velge mellom. Men når den totale batterispenningen er begrenset til en typisk 12V, er det mulig å erstatte det eksisterende blybatteriet i dette tilfellet. For øyeblikket er det bare noen få seriekoblede batterier som kan nå riktig batterispenning.

I tillegg til kravet om å oppnå en batterispenning nær 12V, må andre faktorer som lett tilgjengelighet i forbrukermarkedet vurderes. Sammenlignet med standard blybatterier, kan disse materialene gi kostnadseffektive SLI-batterier. Katodematerialene til litiumionbatterier kan deles inn i lagdelte typer, spinel og olivin. Anodematerialet er hovedsakelig karbon. I tillegg til å vurdere kompatibiliteten til katode- og anodematerialer for å gi riktig batterispenning og strømkapasitet, er den første av litiumionbatterier. De tre viktige komponentene er elektrolytten. For de fleste kommersielle batterier brukes organiske flytende elektrolytter sammen med oppløselige litiumsalter, som kan gi den nødvendige litiumionledningsevnen. Det vanligste saltet som brukes for tiden er LiPF6.

I BEV kan 12 V litium-ion SLI-batteri brukes til å vedlikeholde kjøretøyet' s innebygde elektroniske system når kjøretøyet ikke kjører. Bruk av blysyre-SLI-batterier i dette programmet er ikke ideelt fordi det vanligvis er designet for høy effekt, og det er ikke nødvendigvis egnet for applikasjonsscenarier med dyp lavstrømutladning. I denne forbindelse kompenserer litiumion-SLI-batterier bare manglene ved bly-syre-SLI-batterier.

4. Design av batteribalanse og batteristyringssystem (BMS)

I motsetning til bly-syre SLI-batterier, er utfordringen for litium-ion-batteriteknologi at de har høy ladeeffektivitet nær 95% og må fungere strengt innenfor batteriets spenningsvindu. Når litiumionbatterier er satt sammen i serie og ladet, kan de lett gli utenfor batteriets spenningsvindu, det aktive materialet kan begynne å oppleve irreversible faseendringer, og elektrolytten kan begynne å spaltes. Dette øker igjen den interne motstanden til batteriet, og øker dermed ubalanseeffekten til batteriet. Derfor har batteristyring og overvåking av individuelle batteripakker blitt standard praksis for litiumionmoduler, og de er vanligvis innebygd i batteriboksens hus. Det finnes et stort antall BMS-systemer på markedet, hvorav mange er skreddersydd for spesifikke litiumionbatterikjemikalier. Den enkleste og mest kostnadseffektive lademetoden er å begrense ladingen av seriebatteripakken. En bedre metode er å tillate omfordeling av energi mellom batteriene når batteriet når sin øvre spenningsgrense, og forhindrer at et enkelt batteri overlades og forårsaker sikkerhetsproblemer.

5. Kostnaden for batteriet

Sammenlignet med eksisterende teknologi er en av de største utfordringene med litium-ion SLI-batterier å gi forbrukerne en konkurransedyktig pris. Forskere jobber hardt for å studere verdikjedespørsmålene i produksjonen av litiumionbatterier. For tiden anses nesten 60% av batterikostnadene å være sammensatt av inaktive materialer som strømfangere, separatorer og batterikabinetter. Merkostnaden kommer fra solid elektrolyttfase (SEI). ) Tid og energi brukt i dannelsesprosessen.

6. Politikk og lovgivning

De viktigste driverne for teknologi ledsages vanligvis av visse nasjonale og internasjonale politikker knyttet til helse og sikkerhet, etterfulgt av lovgivning. Disse involverer vanligvis bruk av visse kjemikalier eller kjemisk tilbehør som anses å være skadelig for mennesker og miljø. Spesielt når disse skadelige stoffene brukes i kjøretøyer, bør deres designkonsept kunne oppnå" grønn resirkulering" ;, det vil si at de kan demonteres slik at forskjellige materialer kan gjenbrukes, resirkuleres eller på en sikker måte kastes uten å forårsake forurensning i miljøet.

7. standarder og spesifikasjoner

Gjennom flere tiår har spesifikasjoner og standarder dukket opp og utviklet seg gradvis for å tilpasse seg ytelsen og sikkerheten til nesten alle batteriprogrammer, inkludert SLI-batterier for kjøretøy. På den annen side kan lovgivningen i bestemte land eller regioner henvise til standarder når de håndterer visse krav som vanligvis har en direkte innvirkning på sikkerheten og helsen til samfunnet og miljøet. United States Advanced Battery Alliance (USABC) har samlet en manual for batteritesting (revisjon 2) for US Department of Energy (DoE).

8. Resirkulering av batteri

For tiden et selskap med en viss styrke innen resirkulering av litiumionbatterier.

Ovennevnte oppsummerer at noen store selskaper deltar aktivt i den etablerte resirkuleringsprosessen av litiumionbatterier i industriell skala. Resirkuleringskapasiteten til den nye gjenvinningsindustrien vil øke minst fem ganger i løpet av de neste 7 til 10 årene.

9. Konklusjoner og utsikter

Denne artikkelen oppsummerer noen faktorer for å erstatte blysyre-SLI-batterier med litiumion-SLI-batterier, noe som vil bli en gradvis prosess de neste årene. Med massiv bruk av lagring av fornybare energisystemer, vil bruken av blybatterier fortsette å vokse, og fokuset på litiumion SLI-batterier vil bli brukt i ICE-biler i midten til avanserte i Europa, noen av som er i Asia og USA. For mange små og billige ICE-biler vil blysyre-SLI-batteriet fortsatt brukes, fordi kostnadene ved å bytte ut batteriet alltid vil være den avgjørende faktoren. I tillegg vil det globale forbrukermarkedet øke bruken av" sirkulær økonomi" produkter, som vil fokusere på å redusere miljøavfall og samtidig øke resirkuleringen av råvarer. Selv om resirkulering av litiumionbatterier fremdeles er i sin spede begynnelse, har Kina, Japan og andre land allerede gjennomført store tiltak. USA, Australia og europeiske land har alle demonstrert de nye funksjonene til gjenvinning av materialer i litiumionbatterier. Disse resirkuleringsprosessene vil finne sted i løpet av de neste fem til fem årene. Perfekt på ti år.