Wie kann die Energiedichte von Lithiumbatterien verbessert werden?

Die Einführung neuer Materialsysteme, die Feinabstimmung der Lithiumstruktur der Batterien und die Verbesserung der Fertigungskapazitäten sind die drei Hauptphasen für F&E-Ingenieure, um ihre Fähigkeiten unter Beweis zu stellen. Die beiden Dimensionen Monomer und System erläutern wir im Folgenden.

Ⅰ. Die Energiedichte von Lithiumbatteriezellen hängt hauptsächlich vom Durchbruch des chemischen Systems ab

1. Erhöhen Sie die Größe der elektrischen Batterien: Hersteller von elektrischen Batterien können die Größe der Originalbatterie erhöhen, um den Effekt der Kapazitätserweiterung zu erzielen. Das bekannteste Beispiel ist Tesla, ein bekannter Elektroautohersteller, der  zuerst verwenden18650 Lithium-Eisenphosphat-Batterie und ersetzt das neue 21700 Lithiumbatterie.

Das „Fett“ oder „Wachstum“ der Batteriezelle ist jedoch nur eine vorübergehende Heilung, keine dauerhafte Heilung. Die Methode, Gehälter vom Boden des Kessels zu ziehen, besteht darin, die Schlüsseltechnologie zu finden, um die Energiedichte aus den positiven und negativen Materialien, aus denen die Batteriezelle besteht, und der Zusammensetzung des Elektrolyten zu erhöhen.

2. Änderungen im chemischen System von Lithiumbatterien: Wie bereits erwähnt, wird die Energiedichte elektrischer Batterien durch die positiven und negativen Elektroden der Batterie begrenzt. Gegenwärtig ist die Energiedichte des Materials der negativen Elektrode viel höher als die der positiven Elektrode, daher ist es notwendig, das Material der positiven Elektrode kontinuierlich zu verbessern, um die Energiedichte zu verbessern.

(1) Kathode mit hohem Nickelgehalt: Ternäre Materialien beziehen sich im Allgemeinen auf die große Familie der Nickel-Kobalt-Lithium-Manganat-Oxide. Wir können die Leistung elektrischer Batterien ändern, indem wir das Verhältnis der drei Elemente Nickel, Kobalt und Mangan ändern.

(2) Silizium-Kohlenstoff-Anode in der Abbildung: Die spezifische Kapazität von Anodenmaterialien auf Siliziumbasis kann 4200 mAh/g erreichen, was viel höher ist als die theoretische spezifische Kapazität von Graphitanoden von 372 mAh/g, so dass sie geworden ist ein leistungsfähiger Ersatz für Graphitanoden.

(3) Gegenwärtig ist die Verwendung von Silizium-Kohlenstoff-Verbundmaterialien zur Verbesserung der Energiedichte von Elektrobatterien zu einer der anerkannten Entwicklungsrichtungen der Industrie für Lithiumbatterie-Anodenmaterialien geworden. Das von Tesla herausgebrachte Model 3 verwendet eine Silizium-Kohlenstoff-Anode.

3. Wenn Sie in Zukunft die 350-Wh/kg-Marke von Einzelzellen weiter durchbrechen wollen, müssen sich Branchenkollegen möglicherweise auf das System der negativen elektrischen Lithium-Metall-Batterien konzentrieren, aber dies bedeutet auch die Änderung und Verbesserung der gesamten Batterieherstellung Verfahren. An einigen typischen ternären Materialien ist zu erkennen, dass der Anteil an Nickel immer höher und der Anteil an Kobalt immer geringer wird. Je höher der Nickelgehalt, desto höher die spezifische Kapazität der Zelle. Darüber hinaus wird aufgrund der Knappheit der Kobaltressourcen die Erhöhung des Nickelanteils die Verwendung von Kobalt reduzieren.

Ⅱ. Energiedichte des Batterie-Lithium-Systems: Verbesserung der Gruppeneffizienz von Batteriepacks

1. Der Vergleichstest von Elektro-Akkus ist die Fähigkeit von Elektro-Akkus „Belagerungslöwen“ Truppen für einzelne Zellen und Module zu arrangieren. Unter der Prämisse der Sicherheit ist es notwendig, jeden Zentimeter Platz maximal zu nutzen.

2. Das „Abspecken“ von Elektrobatterien umfasst hauptsächlich folgende Möglichkeiten:

(1) Optimieren Sie die Layoutstruktur: In Bezug auf die Gesamtabmessungen kann das interne Layout des Systems optimiert werden, um das Layout der internen Teile des elektrischen Batteriepacks kompakter und effizienter zu machen.

(2) Topologieoptimierung: Wir realisieren Gewichtsreduzierungsdesigns unter der Prämisse, Steifigkeit, Festigkeit und strukturelle Zuverlässigkeit durch Simulationsberechnungen sicherzustellen. Durch diese Technologie können eine Topologieoptimierung und eine Morphologieoptimierung realisiert werden und schließlich dazu beitragen, das geringe Gewicht des Batteriekastens zu realisieren.

(3) Materialauswahl: Wir können Materialien mit geringer Dichte auswählen. Beispielsweise hat sich die obere Abdeckung des Elektrobatteriepakets allmählich von der traditionellen oberen Abdeckung aus Blech zu der oberen Abdeckung aus Verbundwerkstoff geändert, wodurch das Gewicht um etwa 35 % reduziert werden kann. Beim unteren Gehäuse des Batteriepacks wurde schrittweise von der traditionellen Blechkonstruktion auf die Aluminiumprofilkonstruktion umgestellt, wodurch das Gewicht um etwa 40 % reduziert wurde und der Leichtbaueffekt offensichtlich ist.

(4) Integriertes Design des gesamten Fahrzeugs: Das integrierte Design des gesamten Fahrzeugs und das strukturelle Design des gesamten Fahrzeugs müssen vollständig berücksichtigt werden, und die strukturellen Teile müssen so weit wie möglich geteilt und geteilt werden, wie z. Kollisionsdesign, um das ultimative Leichtgewicht zu erreichen.

Die elektrischen Batterien sind sehr umfassende Produkte. Wenn Sie einen Leistungsaspekt verbessern möchten, können Sie andere Leistungsaspekte opfern. Dies ist die Grundlage für das Verständnis von Batteriedesign und -entwicklung. Power-Elektrobatterien sind für Fahrzeuge bestimmt, daher ist die Energiedichte nicht das einzige Maß für die Batteriequalität.