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电池知识

全固态电池被公认是下一代电池技术路线的发展方向吗?

来源:宝鄂实业    2019-05-26 20:56    点击量:

全固态电池耐热性温度范围放大,安全性得到了保障。削弱了对水冷系统的依赖性。契合了解决成本和体积矛盾的想法。
  
  锂离子电池,通过一定数量串并组合,装配在汽车上,成为动力电源的那一刻,高成本、大体积、高质量、温度适应敏感、热失控安全等问题,就一直困扰着我们。
  
  而全固态电池由于能提供更好的安全、更大的容量、更快的充电,被公认是下一代电池技术路线的发展方向,也成了各大电池产业上下游企业的必争之地:
  
  韩国的三大电池巨头联手;日本23家车企、电池、材料公司、科研院校单位联合;欧美国家相继发布研发规划;德国大众豪掷1亿美元投资电池技术公司——他们纷纷瞄准并积极布局固态电池,并且加速核心技术攻克走向商业化,都是想在未来动力电池市场竟争中抢得先机。
  
  丰田提出全固态电池不需要冷却
  
  前期,丰田在各种不同场合,多次阐述其研发的全固态电池特点,除了重要的高安全特性,还解决和满足了长续驶里程需求,快充电特性,同时,还不需要冷却,体积可以缩减一半。
  
  在早期,丰田执行副总裁勒罗伊(Didier Leroy)这样描述,丰田在固态电池技术的知识产权方面处于领先地位,可以让电池更安全,体积变的更小。
  
  “Executive Vice President Didier Leroy believes Toyota is the leader in solid-state battery technology in terms of intellectual property. He sees them as a "game-changer" with the potential to dramatically improve driving range.
  
  Leroy said:Toyota's solid-state batteries are based on lithium ion technology but can operate at a higher temperature than current lithium ion batteries. They do not require cooling and thus are much smaller.”
  
  让我们掀开全固态电池关键指标一角,探究一下这些特点的生成原因。
  
  全固态电池耐热特性、低温特性、倍率特性突出
  
  来自Kentaro YOSHIDA and Keizo HARADA “All-Solid-State Lithium Batteries with Wide Operating Temperature RangeMitsuyasu”对基于硫化物全固态电池做的几项测试(主要针对小容量电池的测试):
  
  高温耐受性测试:电池在高温170℃规定的充放电(The test conditions were a constant current of 0.3 mA charge/discharge, charged to 0.3 mAh, and discharged to 3.0 V)、循环条件下,可以观察到,容量在高温下,非常稳定,变化很小,也就是说,副反应并没有显著的增加。
  
  低温耐受性测试:电池在低温-40℃规定的充放电(The test conditions were a constant current of 0.02 mA, charged to 0.02 mAh, and discharged to 3.0 V)、循环(试验条件为恒流0.02 mA,充至0.02 mAh,放电至3.0 V)条件下,可以观察到,容量因低温影响,也是非常小的,仍然有很稳定的放出和充入。
  
  放电倍率特性:常温下,在24C高倍率下放电,容量为低速率0.5C下的89%,说明该电池具有优良的功率特性。
  
  上述测试条件,相比现在的商业化动力电池确实还有很大的局限性和差距,但是固态电池从娘胎里带来的优点还是非常明显的,在如此高的温度条件,表现如此稳定,安全性可见一斑。
  
  对于一般液态电解质电池,其策略保护,高温>50℃进入报警状态;70℃进入热失控风险区。低温环境, <0℃限制充电电流。电池在很窄的15~45℃范围内才能稳定的工作。同时,为了保证电池系统的寿命,温差范围要求控制在 <5℃。
  
  全固态电池大大降低了对冷却系统的依赖
  
  有资料显示,全固态电池耐热性在(80~120℃)、阻燃性(200℃),均远远高于现有应用的液态电解质的锂离子电池。这主要与电解质形态和结构有直接的关系。
  
  全固态电池使用的固体电解质,是区别于液态有机电机解质的主要特征材料,现在主要研究的有两种类型,氧化物和硫化物。目前包括丰田的全固态电池,主要是基于硫化物类型全固态电池研究。
  
  早在日本Nissan leaf EV车上,一直延续着没有冷却板,依靠电池壳体自然冷却产品设计。
  
  对于EV电池系统,主要满足较低倍率的充放电功率需求,在冷却方面对热管理表现的没有功率型的HEV明显。但是在低温环境,环境适应性是得不到满足的。所以说,对于全温度的工况需求,更多的增加了水冷板式的热管理系统。
  
  这本身也是矛盾的。现有庞大的水冷系统,从成本角度,体积方面,都是不利的。
  
  全固态电池耐热性温度范围放大,安全性得到了保障。削弱了对水冷系统的依赖性。契合了解决成本和体积矛盾的想法。
  
  尽管全固态电池如此诱人,但是,还不能停止现有热管理技术的发展的脚步。
  
  丰田表示,其全固态电池仍需10年的发展才能成熟。
  
  全固态电池要想全面大批量投入生产和应用,还需要很长的一段时间。
  

 

  丰田表示:“我们将小批量的试产开始,用于试点项目,我们永远不会在客户身上做实验。2030年,可能是更现实的时间节点”。
  
  从Tesla车型演变案例观察分析
  
  Tesla 产品,一直以来引起地球人足够的好奇。其设计的精妙也确实堪称典范。正如Elon Musk 对团队的管理和要求一样,在他们眼里“没有做不到的事情”。
  
  在热管理功能单元组合中,透过产品的演变状态,可以看出一些端倪。
  
  关于电池加热形式的变化,由PTC加热改变为利用电机接通电流零扭矩加热,其技术优缺点有待于后期进一步研究分析,现在还不能量化和说清楚。
  
  其中一点是肯定的,提高热系统效能的同时,一定是做到了降本。是双赢的结果。这种“没有做不到”的创新精神,值得学习。
  现在市面上越来越多的电池类型出现,各种各样的电池的使用都有它的注意措施。这些相关措施你又知道多少呢?现在人们只仅仅了解他们的使用,却很少在意它的使用注意措施!现在小编就给你普及普及他们的注意措施吧!

不管是什么电池使用之前都要仔细阅读使用电池说明书,使用所推荐的电池,按操作规程操作。检查电器及电池的接触件是否清洁,必要时用湿布擦干净,干燥后按正确极性方向装入;无成人监护时,不要让儿童更换电池,小型电池如AAA应放在儿童不能拿到的地方;

不要将新,旧电池或不同型号电池混用,特别是不能将干电池与充电电池混用;

不要试图用加热,充电或其它方法使一次电池再生,以免发生危险;

不要加热电池或将电池丢入水中或火中,将电池放入水中会使电池失效,将电池放入火中会使电池破裂。

不要拆卸电池,或试图用尖锐利器穿透电池,因电池内部电解液会伤害皮肤和衣物。

使用完电器后应断开电源开关,以免因发热等而起火。

不要将电池正负极插反,否则会导致电池鼓胀或破裂;

不能将电池贮存在高温或高湿的环境下,电池本身的反应会加剧,故无法向用电器提供足够的容量。另外,高温高湿下,电池的老化速度也会大大加快,也会腐蚀电子元器件 (高温电池除外)。

不能将充电电池放在雨水下。雨水能导电,电池放在雨水下时,很可能会发生短路,使电池因瞬间大电流放电而发烫,会损坏电池或发生危险。

电池保存时,不要与金属物体混放,包在外边的绝缘膜也不要随意撕掉。

 

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