Литиевая батарея - будущее человечества, но где будущее литиевой батареи?

Те, кто думает, что японские топливные элементы представляют будущее, застряли в эпохе автомобилей с бензиновым двигателем, заменяющих заправочные станции заправочными станциями.

Что касается ультраконденсаторов, они обладают незаменимыми преимуществами в конкретных областях, таких как рекуперация энергии железнодорожного транспорта, рекуперация энергии башенного крана и устройство рекуперации кинетической энергии автомобиля. В области электромобилей из-за плотности энергии и стоимости это не может быть осуществимым технологическим маршрутом в будущем.

Таким образом, нет никаких сомнений в том, что в грядущей революции электромобилей литиевая батарея будет главным героем, это следующие 10 или даже 20 лет непоколебимой линии.

И, как только литиевая батарея после 10 лет разработки, вся отраслевая цепочка сверху вниз, чтобы сформировать стабильную, законченную и зрелую после согласования (промышленная поддержка - это огромный ров, зрелость, всей отраслевой цепочке могут потребоваться триллионы инвестиций, это любой другой новый технический маршрут непреодолимый барьер), технология литиевой батареи труднее встряхнуть.

Так что литиевые батареи - безусловный чемпион на ринге.

Но в рамках технологического маршрута литиевых батарей существует множество технических маршрутов, например, литий-кобальтовая кислота, титанат лития, литиево-марганцевая кислота, литиевый феррит, трехкомпонентная батарея и т. Д., Друзья могут быть больше обеспокоены тем, какой из этих технических маршрутов более выгоден. .

Чтобы прояснить этот вопрос, автор проведет серию углубленных обсуждений в этой статье, недостатки друзей после комментариев не стесняйтесь исправлять.

начальный

Оксид лития-кобальта: плохие показатели переработки и использование большого количества чрезвычайно редкого металлического кобальта, недостатки слишком очевидны, его судьба только неизвестна.

Затем титанат лития: высокая скорость зарядки, длительный срок службы; Однако есть явный недостаток - слишком низкая плотность энергии, что приводит к высокой стоимости.

Его характеристики аналогичны характеристикам ультраконденсаторов, но этот фатальный недостаток также не позволяет ему стать основным источником питания для аккумуляторов, поэтому он не может выделиться на первичных выборах.

В-третьих, манганат лития: низкая стоимость, высокая скорость зарядки; Но производительность при высоких температурах плохая, циркуляция плохая.

Поэтому манганат лития редко выбирается напрямую в качестве аккумулятора, но для получения модифицированных аккумуляторов добавляются другие материалы, такие как никель и кобальт, чтобы стать никель-кобальт-марганцевыми аккумуляторами, чтобы достичь баланса различных характеристик.

Но после этих улучшений это уже не простая литий-манганатная батарея, а разновидность тройной батареи.

Результат этого обсуждения показывает, что манганат лития также следует исключить.

Из всех технических путей для литиевых батарей наиболее тесно связаны между собой литий-железо-фосфатные и трехкомпонентные батареи.

Литий-фосфат железа отличается высокой безопасностью и длительным сроком службы, но низкой плотностью энергии, плохими низкотемпературными характеристиками и плохой консистенцией.

Тройная батарея имеет высокую плотность энергии, хорошую стабильность, хорошие низкотемпературные характеристики, низкую стоимость, но низкую безопасность, продолжительность цикла не так хороша, как у литиево-железной батареи.

В настоящее время наиболее развитая производственная цепочка по производству фосфата лития-железа находится в Китае, и у нас есть много основных технологий в смежных областях. Тройная батарея представлена Японией и Южной Кореей, причем более зрелые.

Таким образом, два технологических маршрута противостояния - это, скорее, Китай против Японии и Южной Кореи.

В прошлом году я продолжал думать об этой проблеме изо дня в день, читая множество статей в смежных областях, читая многочисленные интервью с техническими экспертами в смежных областях и размышляя о плюсах и минусах двух технологий использования литиевых батарей. .

Наконец, сегодня, я думаю, у меня есть более четкое понимание, я полон решимости завершить эту статью, затянувшуюся на рукопись более года, хорошо, не более того, финал официального старта!

Финал

Для оценки производительности аккумуляторных батарей существует примерно семь параметров:

1. Безопасность

2. Плотность энергии

3. Цикл жизни

4, стоимость,

5. Коэффициент зарядки

6, консистенция мономера батареи

7. Низкотемпературные характеристики.

В качестве квалифицированного технического маршрута не должно быть слишком очевидных недостатков в любом из вышеперечисленных аспектов. Только сбалансированный подход во всех аспектах может быть возможным путем.

1. Безопасность

Литий-железо-фосфатная батарея имеет явное преимущество: температура выше 480 °, чтобы разлагаться, выдерживает испытание иглой, огнем и другими суровыми испытаниями.

Представленный алюминием, никелем и трехкомпонентным кобальтом, тогда при 180 ° произойдет разложение и выделение газа, и реакция будет более бурной.

Результатом стала быстрая победа железно-литиевых батарей.

2. Плотность энергии

Из-за материала литий-железо-фосфатной батареи напряжение разрядной платформы ниже, всего 3,2 В. И плотность уплотнения очень низкая, всего около 2,2 ~ 2,5, что приводит к низкой теоретической плотности энергии литий-железо-фосфатной батареи, всего 178 Вт · ч / кг.

BYD, ведущий производитель фосфата лития-железа (002594), достиг 147 Втч / кг плотности энергии элемента, а Ван Вэньфэн, руководитель бизнес-подразделения BYD по производству аккумуляторов, заявил, что он достигнет 160 Втч / кг литиевого железа. фосфат в 2018 году.

Это большое достижение, но оно близко к теоретическому верхнему пределу плотности энергии этой линейки аккумуляторов, и в будущем трудно добиться дальнейшего улучшения.

Напротив, никель-кобальт-алюминиевая (NCA) аккумуляторная батарея (принятая Tesla), текущая плотность энергии батареи 18650 составляет 245 Вт-ч / кг, а батарея 20700, используемая в модели3, в будущем должна достичь плотности энергии выше 300 Вт-ч / кг.

Многие отечественные производители выбирают никель-кобальт-марганцевые (NCM) технологии тройных литиевых батарей. Его теоретическая линия плотности энергии составляет 280 Вт · ч / кг. Литиевая батарея, используемая в dji uav, является литиевой батареей такого типа.

Я посмотрел параметры. После крупномасштабного производства плотность энергии никель-кобальт-марганцевой литиевой батареи может достичь уровня 190 Вт · ч / кг, что далеко от верхнего предела теоретической плотности, и есть еще много возможностей для улучшения.

В ближайшем будущем идеальная плотность энергии может быть более 230 Втч / кг, а общая плотность энергии аккумуляторной батареи все еще может быть более 200 Втч / кг, что примерно на 40% выше, чем у фосфата лития-железа.

Кроме того, фосфат лития-железа имеет низкую плотность уплотнения, что приводит к большему объему фосфата лития-железа при той же емкости батареи.

После сравнения и расчета аккумуляторной батареи BYD e6 и аккумуляторной батареи моделей Tesla был сделан вывод, что объем фосфата лития-железа на 48% больше, чем объем никель-кобальт-алюминиевой тройной батареи при той же емкости аккумулятора.

Если мы сложим два параметра плотности энергии и безопасности вместе, мы можем обнаружить, что два показателя плотности энергии и безопасности являются парой естественных врагов. Фактически, из простейших знаний физики и химии мы можем знать, что чем выше плотность энергии, тем она нестабильна и небезопасна.

3. Цикл жизни

При оценке этого аспекта производительности информация, которой я подвергаюсь, вызывает у меня головную боль.

Возьмем, к примеру, фосфат лития-железа. В некоторых статьях говорится, что его жизнь 2000 раз. Ван Чуаньфу говорит, что его срок службы литиево-железной батареи может достигать более 4000 раз.

Такой большой пробел в данных вызывает у меня головокружение, от необходимости многократно тщательно обследоваться, чтобы иметь правильное познание; Позже я обнаружил, что приведенные выше утверждения «хороши», но у них другие критерии оценки.

Если срок службы батареи составляет всего 2000 раз, она будет повторно заряжаться и разряжаться в соответствии с коэффициентом зарядки 1С, и срок службы батареи будет считаться прекращенным, когда емкость батареи станет ниже 80% от номинальной емкости (это чрезвычайно строгий тест на зарядку-разряд, а тариф 1С означает, что аккумулятор полностью заряжается за час).

4 000 г-на Вана, скорее всего, будут измерены в нормальных условиях, основываясь на большом количестве операций e6, уже проводимых на дороге.

В конце концов, так называемые 20 000 раз - это результат при полном цикле использования.

Поскольку емкость аккумулятора ниже 80% от стандартной, это не означает, что аккумулятор нельзя использовать полностью. Ведь осталось еще 80% емкости. В это время аккумулятор можно снять и использовать в качестве каскада для электростанции, аккумулирующей энергию.

В любом случае срок службы литий-фосфата железа значительно больше, чем у тройной батареи.

Тройная батарея в скорости заряда и разряда 1С, повторная зарядка и разрядка около 800 раз, фактическая емкость была ниже, чем 80% от номинальной емкости, с этой точки зрения, железно-литиевая батарея даже в три раза превышает срок службы тройной батареи .

Однако на практике это не так. Поскольку консистенцию литий-железо-фосфатной батареи трудно контролировать, общий срок службы аккумуляторной батареи литий-железо-фосфатной батареи короче, что не так преувеличено, как срок службы тройной батареи в три раза.

Но в любом случае с точки зрения продолжительности жизненного цикла железо-литий побеждает.

4, стоимость,

Некоторые люди думают, что фосфат лития-железа не использует редкие металлы в материалах положительного электрода, в то время как тройная батарея ИСПОЛЬЗУЕТ кобальт, никель и другие более ценные металлы, поэтому разумно думать, что стоимость фосфата лития-железа ниже, что составляет собственно недоразумение.

Напряжение разряда фосфата лития-железа составляет 3,2 В, а напряжение разряда тройной батареи составляет 3,8 В. Более высокое напряжение разряда означает более высокую емкость батареи, что означает, что емкость тройной батареи больше при том же расходе материала.

Верно и обратное: тройные батареи потребляют меньше сырья при той же емкости.

По словам председателя технических центров крыльца (002074, акции), особенно, когда литиевая батарея необходима, поскольку последние 4 Ван Юаньбяо цена карбоната лития вырастет до нынешних 150000 юаней, потребление карбонатного материала лития больше, чем стоимость литиево-железных батарей, очевидна. данные, текущие китайские Сюань высокотехнологичные тройные батареи, но литий-железные батареи, которые ниже, чем стоимость 10 ~ 15%.

В настоящее время тройные батареи содержат много алюминия, много никеля и мало кобальта, что снижает потребление дорогих редких металлов.

Из 98 000 тонн кобальта, произведенного во всем мире в прошлом году, 40 процентов было использовано в литиевых батареях, а не огромное количество. Более того, ресурсы кобальта все еще находятся в состоянии избытка предложения, и текущая цена в 200 000 юаней за тонну находится на исторически низком уровне.

Прошлогодний бум в индустрии литиевых батарей не привел к резкому увеличению ресурсов кобальта, ряд факторов обусловил текущую стоимость литиево-железных батарей по сравнению с тройными батареями.

Но посмотрите на сравнение затрат динамически, осознавая, что до бума карбоната лития стоимость фосфата лития-железа немного ниже, чем у тройной батареи.

С другой стороны, если спрос на кобальт в следующем году превысит предложение в четыре или даже пять раз, как в случае с карбонатом лития, стоимость тройных батарей вырастет.

Короче говоря, стоимость двух технических маршрутов не отличается для конкретного момента времени, и цена на сырье для разведки и добычи имеет большую взаимосвязь.

В долгосрочной перспективе я думаю, что цена на карбонат лития 150000 / тонну не является устойчивой, потому что литий не является дефицитными ресурсами, внутреннее небо LiYe (002466, акции), Jiangxi feng LiYe (002460, акции) многие производители, такие как производство карбоната лития Стоимость за тонну составляет около 29000-35000 юаней между, и акции соленого озера (000792, акции), дочерняя компания синего подразделения LiYe утверждает, стоит всего 19000 юаней / тонну.

В настоящее время промышленность по производству карбоната лития - это спекулятивная отрасль. Стоимость 30 000 юаней и цена 150 000 юаней увеличились в пять раз.

Соблазн огромной прибыли - это, естественно, безумное расширение производства. Компании во всей производственной цепочке увеличивают расширение производственных мощностей в несколько раз, а рост производства ланкетия - даже более чем в десять раз. Хотя спрос будет продолжать расти, расширение производственных мощностей выглядит еще более безумным.

Когда в ближайшем будущем цена на сырье для разведки и добычи изменится, неясно, будет ли цена карбоната лития выше или ниже.

На этот срок они четные.

5. Коэффициент зарядки

В заключение можно сказать, что фосфат лития-железа с большим отрывом лидирует в этой группе.

На самом деле, в позапрошлом году при разработке времени автономной работы удалось сделать вывод: литий-железо-фосфатный аккумулятор при высокой скорости зарядки, срок службы значительно лучше, чем три аккумулятора.

Американская компания a123 (ныне дочерняя компания Wanxiang) даже построила в своей лаборатории литий-железо-фосфатную батарею, которую можно заряжать со скоростью 25 ° C.

Коэффициент заряда - разряда, железо - литий значительно выходит.

6, консистенция мономера батареи

В аккумуляторном блоке моделей Tesla 7000 маленьких батарей последовательно и параллельно, в которых используется тройной никель-кобальт-алюминий. Если есть проблема с целостностью батареи, последствия будут катастрофическими, потому что серийная батарея имеет цилиндрический принцип, а батарея с худшими характеристиками повлияет на общую производительность аккумуляторной батареи.

Однако проблема использования фосфата лития-железа в гибридном электромобиле Qin модели 2014 года вызвала немало неприятностей. Батарея на 13 кВтч была откалибрована, и после более чем года использования многие автовладельцы сообщали, что они могут заряжать только батарею на 8 кВтч, которая имеет сильное затухание.

Разве я не говорил, что фосфат лития и железа имеет более длительный срок службы? Как может такое явление, это на самом деле проблема консистенции мономера аккумулятора.

Фактически, большинство батарей, используемых в электромобиле Byd 2014 "qin", могут не иметь проблем, если их вынуть по отдельности. Батарея также может восстановить свои первоначальные характеристики после возврата на завод для балансировки, но проблема возникает, когда батарея помещается в группу.

На самом деле, есть два способа решить проблему целостности батареи. Один из них - модернизировать процесс, повысить уровень автоматизации производства и точность управления.

В 2014 году Qin использовал батарею на 27 Ач, а BYD K9 использовал батарею на 270 Ач. По сравнению с Qin, у K9 меньше проблем или даже нет заряда батареи.

Наконец, мы отстаем от Европы, Америки и Японии в улучшении систем управления батареями (BMS).

По сравнению с моделью Qin в 2014 году, Qin был запущен в 2015 году из-за использования новой системы управления батареями, каждая секция батареи была оборудована контроллером для облегчения лучшего управления и дополнительными 8 батареями (то есть фактическая мощность больше номинальной).

Постоянство аккумуляторов было решено много, но в любом случае фосфат лития-железа отстает от тройных аккумуляторов с точки зрения стабильности. В этой игре: три победы.

7. Низкотемпературные характеристики.

Вывод ясен: литий-железо-фосфат низкотемпературные характеристики, тройные лучше.

Электромобили имеют меньший запас хода зимой, но проблема еще хуже с литий-железо-фосфатными батареями. Но насколько?

По-прежнему необходимы четкие данные, чтобы говорить, например, о новом BYD e6 с пробегом в 400 километров, после вступления в зиму владельцы автомобилей сообщили, что запас хода может достигать только исходных 60%, а именно 240 километров.

Но это не может винить аккумулятор, все основано на простом принципе термоусадки холодного льяла, мы знаем, что после вступления в зиму давление в шинах автомобиля снижается, и ребенок вниз является самой важной причиной, приводящей к сокращению срока службы после Владелец обращает внимание на давление в шинах, а также на работу ног, жизнь может быть восстановлена до номинальных 70% ~ 75%, дальность почти 300 км, меньше номинала 400 км, 100 км.

Спрашивается, где же 100-километровая дальность? Ответ кроется в кондиционировании воздуха.

Эффективность преобразования энергии традиционного топливного автомобиля составляет менее 30%, оставшиеся 70% энергии в виде отработанного тепла распределяются, зимой автомобиль включен теплый воздух не требует дополнительного расхода бензина, просто нужно отправить отработанное тепло, отводимое двигателем в кабину.

Но эффективность преобразования энергии электродвигателя электромобиля достигла 90 процентов, и нет дополнительных отходов тепла, если вы хотите включить кондиционер зимой, только дополнительное потребление энергии в батарее. Таким образом, уменьшение дальности действия не полностью связано с низкотемпературными характеристиками фосфата лития-железа.

Baic ev200, который ИСПОЛЬЗУЕТ батарею стоимостью три юаня, зимой также значительно снизился. Более того, из-за меньшей общей емкости аккумулятора первоначальная дальность полета составляла всего 200 километров. После 30% скидки оставалось всего 140 километров.

Есть также несколько способов подготовить литий-железо-фосфатные батареи к зиме, например наноматериалы и углеродное покрытие, и более простой и эффективный способ сделать это - нагреть аккумуляторную батарею.

В совокупности влияние низкой температуры на общую производительность литий-железо-фосфатной аккумуляторной батареи.

Но в любом случае низкотемпературные характеристики становятся короткой доской из фосфата железа лития, эта игра выиграет три юаня!

Анализ вышеперечисленных семи аспектов почти охватывает все аспекты нового энергетического индекса аккумуляторных батарей. В семи матчах велась ожесточенная борьба за Саньюань и железо-литий, с победителями и проигравшими или даже с очками.

Могу ли я, судья, сделать окончательный вывод после этих 7 матчей? Или вы, читатели и зрители, выносите собственное внутреннее суждение? Кто заслуженный чемпион?

Как судья, после стольких анализов и обсуждений, я могу только с сожалением сказать вам, что не могу прийти к лучшему выводу, так что в этой игре нет чемпионов или обоих чемпионов.

Разрешение

Услышав этот результат, некоторые люди могут захотеть рассердиться, океан оклеветает 7000 слов, тратит все столько времени и любви, прочитал здесь неожиданно, только пришел к выводу, я это не побьет? ! Подожди, давай продолжим смотреть.

Хотя я не могу сделать простой вывод и прямо сказать, кто лучше, а кто хуже, я могу дать четкий ответ, основанный на конкретной среде приложения, потому что некоторая конкретная среда приложения подчеркнет преимущества в одном аспекте и затмевает недостатки в некоторых аспектах. .

1. Ситуация с применением накопителя энергии

Вы делаете ставку! Сценарий применения фосфата лития-железа победил с обвалом.

Тысячи киловатт или даже десятки тысяч киловатт батарей часто складываются на электростанции. Если используются тройные батареи, это эквивалентно складыванию тонны бомб вместе.

Длительный срок службы фосфата лития-железа также соответствует требованиям к хранению энергии. Электростанции, аккумулирующие энергию, часто строятся в пригородных зонах, поэтому земля и пространство не являются проблемой, затмевая недостаток низкой плотности энергии фосфата лития-железа.

В частности, как электростанция, аккумулирующая энергию, с частотной модуляцией электросети, ей часто требуется заряжаться и разряжаться с высокой скоростью, и скорость зарядки литиевого железа также удовлетворяет этому требованию. В сценарии применения накопителя энергии недостаток фосфата лития-железа больше не является недостатком, но преимущество очень заметно.

Итак, когда мы думаем об этом сценарии применения, литий-фосфат железа является бесспорным лидером.

2. Аккумулятор БПЛА

Излишне говорить, что вы когда-нибудь видели дрон с железно-литиевыми батареями?

Несомненно, это еще один экстремальный сценарий применения, в котором тройные литиевые батареи составляют 100% доли рынка.

Неотъемлемый недостаток плотности энергии означает, что железо-литиевые батареи никогда не могут использоваться в дронах.

В области литиевых батарей БПЛА выигрывает тройная батарея.

3. Электрический автобус и электрический коммерческий автомобиль.

Эти автомобили из-за большого количества пассажиров, большого пространства, малой чувствительности к весу, автобусов, автобусов из-за большого количества пассажиров, высоких требований безопасности;

Эти автомобили имеют длительный срок эксплуатации и высокие требования к времени автономной работы, что как раз играет преимущества фосфата лития-железа и затмевает недостатки фосфата лития-железа.

Таким образом, BYD, лидер в технологии фосфата лития-железа, лидирует в применении чистых электромобилей в автобусах, электрических вилочных погрузчиках и электрических грузовиках. Обеспечивает безопасность литиево-железной батареи, высокую скорость зарядки и разрядки, долгую жизнь.

Некоторое время назад государство приостановило каталожную декларацию трехюаневого аккумуляторного автобуса. Фактически, в какой-то степени он заявил, что батарея за три юаня не имеет применения в этой области. В будущем, в области электрических автобусов и коммерческих автомобилей победил фосфат лития-железа.

4. Подключаемые гибридные автомобили.

Споров в этой области мало. Хотя фосфат лития и железа является основным двигателем современных электромобилей, сам Byd готов отказаться от этого технического пути.

Начиная с Qin-tang 100, подключаемые гибриды BYD будут полностью преобразованы в тройные никель-кобальт-марганцевые батареи. Я думаю, что основная причина этого перехода кроется в прочности небольшой литий-железо-фосфатной батареи.

На этом поприще три победы.

5, чисто электрические легковые автомобили

Это еще одно поле битвы. Во-первых, фосфат лития-железа, используемый в электрических легковых автомобилях, представляет собой большой мономер, каждый из которых имеет мощность до 0,82 кВтч, что в десять раз больше, чем мономер, используемый в подключаемых гибридах.

В ev300, например, всего 58 батарей, что составляет небольшую часть от 7000 батарей этой модели.

Поскольку количество ячеек меньше, стоит установить блок управления на каждую, что сводит к минимуму проблему согласованности, которая является меньшей проблемой для больших ячеек.

Но это не означает, что литий-фосфат железа побеждает в сегменте полностью электрических легковых автомобилей, что намного сложнее.

Из-за низкой плотности фосфата лития-железа и его большего веса при той же емкости чистый электромобиль, в котором используется литий-железо-фосфатный аккумулятор, самонадеян и потребляет большое количество энергии. По сравнению с потребляемой мощностью 14 кВтч у baic ev200km, потребление энергии byd e500km выше примерно на 16 кВтч.

Кроме того, средний дневной пробег легковых автомобилей составляет 46 километров, что намного меньше, чем среднесуточный пробег автобусов, который составляет 230 километров, и среднесуточный пробег такси, который составляет 400 километров. В результате долгий срок службы фосфата лития-железа не может быть задействован.

С точки зрения безопасности, частные легковые автомобили не так строги, как автобусы. Однако это не означает, что безопасностью можно пренебречь. Причина, по которой тройной аккумулятор в моделях Tesla весит 900 кг, заключается в том, что для защиты аккумуляторного блока необходимы дополнительные устройства защиты.

Короче говоря, в чисто электрическом легковом автомобиле две линии аккумуляторной батареи находятся в безвыходном положении.

Поскольку среднее потребление энергии на 100 километров может ощущаться каждым в повседневной жизни, а сокращение потребления энергии является требованием и направлением страны, два технических маршрута могут сосуществовать в области чистой электроэнергии в течение длительного времени. а тройная мощность немного выше.

Подводя итог вышеупомянутым пяти сценариям применения, мы можем знать, что железо-литиевая батарея и тройная батарея имеют различные преимущества в своих конкретных областях: железо-литиевая батарея подходит для накопителей энергии и коммерческих транспортных средств; Ternary подходит для подключаемых к сети гибридных автомобилей, легковых автомобилей, беспилотных летательных аппаратов и других областей.

Поскольку в нашей стране новый энергетический автомобиль занимает лидирующее положение в области коммерческого транспорта, в предыдущие годы ИСПОЛЬЗУЕТ железно-литиевый аккумулятор еще больше; С углублением революции электромобилей, взрывом продаж легковых автомобилей, доля тройных батарей будет постепенно увеличиваться.

Однако они будут сосуществовать еще долгое время, и ведущие производители аккумуляторов в Китае определенно выберут стратегию «ходить на двух ногах» (производить как тройные, так и железо-литиевые батареи).

Страница содержит содержимое машинного перевода.