锂电池的充电慢、续航里程短、寿命短等问题该如何解决?

2019-06-04      2132 次浏览

如今,传统汽车中的电子产品已占到成本的40%,在电动汽车中这一比例必将更大,仅电池部分就已占到总成本40%左右。在电动汽车市场,特斯拉无疑是一面旗帜。


刚刚完成首批交付的特斯拉Model3,让消费者的“里程焦虑”大大缓解。相对起售价69500美元特斯拉S的259英里续航,起售价35000美元的Model3拥有220英里续航能力。


然而,纯电动汽车还存在另外一个严重问题——电池寿命。尽管锂电池在普通电子产品上平均使用寿命可达8年,但性能良好的蓄电池在电动汽车上充放电次数仅为700-900次,折合寿命为3-5年。但是,换电池成本却太高,相当于买了半辆新车。


面对锂电池的充电慢、续航里程短、寿命短等问题,日本、美国、瑞士、俄罗斯等国家都在加紧超级电容的开发,并进行超级电容在电动车驱动和制动系统中应用的研究,业界也存在着超级电容取代电动汽车车载电池的观点。


综合来看,在电动汽车领域便存在锂电池与超级电容两股势力,两者纷纷加紧自身的研发。


“如今,锂电池与超级电容研究者都致力于提升各自其使用寿命,但都是从化学角度出发,据预测需要耗费5~10年的时间才会有显著成效。儒卓力(Rutronik)作为领先的全球电子分销商,不仅拥有锂电池与超级电容的原厂资源,而且自身拥有工程师、行业专家。在两年前,儒卓力与德国茨维考应用科学大学(WHZ)萌生出将锂电池与超级电容优势结合在一起的想法,而调研后发现行业内并无相关方案,于是便积极推进了这项研究。如今,基于这个想法的混合能源存储系统(HESS)中的电源管理诞生了,这也是全球首个结合电池和超级电容的方案,并已经在德国进行推广,我们希望有更多中国客户也可以使用这个产品并从中受益。”儒卓力战略营销和传播总监AndreasMangler在8月2日上海电源研讨会期间如是说。


茨维考应用科学大学教授LutzZacharias博士表示,与儒卓力合作研发这个混合能源存储系统的功率管理,主要特征就是结合降压或升压(MOS)拓扑、数字控制电源回路、可灵活配置控制参数、为高阻抗电池系统带来低阻抗特性,因此可以通过数字控制可以大大提高能源存储系统的峰值电流性能,尽量将电池退化降到最低,而且可以确保性能上更大的灵活性。这种新型混合能源存储方案可以应用于很多领域比如通信、自动化等,重点应用将是电动车、电动汽车领域,可实现极高的可靠性,而且还有进一步开发的潜力。


为了更清晰地对混合能源存储系统的功率管理进行展示,儒卓力工程师以电动工具拧紧螺丝过程为例进行演示,突出了特点。


既然此技术可以实现能源存储系统的使用寿命,那么怎样的年限提升才是最合理的?AndreasMangler先生表示,我们目标是实现锂电池寿命与产品寿命相接近,达到最佳寿命匹配,方法就是根据需求进行电控部分的调试,而目前已经可以达到这个目的。


目前,儒卓力在中国市场收入的60%来自于汽车市场,而新能源汽车恰是混合能源存储方案的重点发力领域。儒卓力亚洲营销总监黄志京表示,如今中国正在大力推行新能源车,此HESS方案将对动力电池提供增强的可靠性和循环使用,从而使得电动车性能突飞猛进,对中国创新厂商大有裨益。


镍钴锰酸锂(LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2)三元正极资料自发现以来引起了研讨者的广泛重视。现在,镍钴锰酸锂正极资料现已被广泛使用和研讨,但其在低温功用和倍率功用上的体现不尽人意,简直只能在室温环境中作业,不能满意电池在极点温度和快速充放电条件下作业的需求。鉴于此,世界各国科研机构都在积极探索改进极点条件下锂离子电池功用的新资料和新方法。近期,中国科学院新疆理化技能研讨所特别环境功用资料与器材要点实验室灵敏器材部15级硕士生吕丁丁在副研讨员王磊的指导下,规划合成了一种锂快离子导体包覆镍钴锰酸锂的复合正极资料。该复合资料显示出优胜的低温功用和倍率功用:在-20℃温度条件下,坚持127.7mAh/g的可逆容量,该容量远优于镍钴锰酸锂资料86.4mAh/g的容量,而且优于现在报导改性后镍钴锰酸锂资料的最高容量(106mAh/g);在1C的大电流密度下,循环100圈之后,坚持具有141.7mAh/g的容量。


研讨发现,锂快离子导体均匀地包覆在镍钴锰酸锂表面,处理了电池在高电流密度循环过程中,电解液中HF腐蚀正极资料,形成资料功用快速衰减的难题。锂快离子导体玻璃具有优异的锂离子电导率,有效改进了锂离子在正极资料的分散速率,为改进锂离子电池低温功用供给了新思路。耐低温锂电池正极资料可以满意人们在特别环境条件下对储能和动力电池的需求,具有极高的商业使用价值。


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