english

news center

新闻中心

深圳市信宇人科技股份有限公司-欧洲杯足球官网

发布时间:2021-04-21    作者:    浏览数:21

一、电池发展史

01.从伏特堆到锂离子电池

1799年,意大利物理学家alessandro volta发明了第一款电池(vlotaic pile伏特堆),他利用锌片(阳极)和铜片(阴极)以及浸湿盐水的纸片(电解液)制成了电池,以证明了电是可以人为制造出来的。 大约40年后,以为英国化学家john frederic daniel通过变换电池形式,解决了伏特堆放电时产生的氢气气泡问题(由于发生化学反应产生了氢气,从而导致电池内部接触不良),此时电池可以达到1v电压。 1850年,法国物理学家gaston planté发明了铅酸电池(阳极为铅、阴极为铅氧化物、硫酸溶液为电解质),利用铅不仅仅做到了极低的成本,还能够提供12v的电压,且能够充电循环使用,这类电池被广泛使用,车载蓄电池、早期电动车等都采用这类电池。1899年,瑞典人waldemar jungner发明了镍镉电池(镍为阴极、镉为阳极,采用液体电解液),为现代电子科技打下了基础。由于其化学特性的原因,如果未用完电量就充电,会发生“镉中毒”现象,导致电池“记忆”了“最低电量”,导致下次充满电量缩小,所以渐渐就被市场淘汰了。 1950年前后,加拿大工程师lewis urry发明了现在非常常见的碱性电池,就是平时生活中常用的一次性电池,绝大多数都是不可充电的,当然也有特殊设计的碱性电池能够充电,甚至还能够通过按压电池表面显示当前电量。 1989年,第一款商业镍氢电池问世(阳极为金属氢化物或储氢合金、阴极为氢氧化镍),耗时超过20年研发,由戴姆勒-奔驰和德国大众赞助。通过新的配方,镍氢电池相较于镍镉电池提高了能量密度,并且污染减少。更重要的一点,镍氢电池没有“记忆效应”,所以不必像镍镉电池一样担心使用问题。 1991年,索尼公司推出了第一款商业锂离子电池(阳极为石墨,阴极为锂化合物,电极液为锂盐溶于有机溶剂),由于锂电池的高能量密度和配方不同能够适应不同使用环境的特点,被现在广泛使用。

上述多种电池历经近200年的发展才走到锂电池阶段,其目的就是为了更为轻便、小巧、能量更高,锂离子电池在能量密度、循环寿命方面以及高、低温性能显著的提升,弥补了其他二次电池在消费电池领域的痛点。


近年来,随着对可再生能源利用的巨大需求和对环境污染问题的日益关注,二次电池(又称可充电电池或蓄电池)这种能够将其他形式能量转换成的电能预先以化学能的形式存储下来的储能技术,在新一轮能源变革中迎来新的发展机遇。


02.锂离子电池的前世今生

锂离子电池于二十世纪七十年代在欧洲开启研究,1991年在日本实现商业化,目前,全球锂离子电池的生产制造规模达到了空前水平,2019年的诺贝尔化学奖给予了锂离子电池极高的肯定。

能够可逆循环的锂离子电池正极材料有锰酸锂、钛酸锂、钴酸锂、磷酸铁锂等一系列三元衍生体。但由于大部分能量性能相对较低,三元锂电池和磷酸铁锂电池相对其他种类有较大优势,是动力电池的良好选择。

锂离子电池的分类


1)钴酸锂电池:高比能量使钴酸锂成为手机,笔记本电脑和数码相机的热门选择。钴酸锂的缺点是寿命相对较短,热稳定性低和负载能力有限。钴酸锂采用石墨负极,其循环寿命主要受到固体电解质界面(sei)的限制,主要表现在sei膜的逐渐增厚,和快速充电或者低温充电过程的负极镀锂问题。

2)锰酸锂电池:锰酸锂的功率大但是容量小,容量大约比钴酸锂低三分之一。同时远比钴酸锂电池更安全,通常与锂镍锰钴氧化物(nmc)混合,以提高比能量并延长寿命。

3)钛酸锂电池:钛酸锂的标称电池电压为2.40v,可以快速充电,并提供10c的高放电电流。循环次数高于常规锂离子电池的循环次数。钛酸锂是安全的,具有出色的低温放电特性。

4)镍钴锰酸锂电池(ncm):最成功的锂离子体系之一是镍锰钴的正极组合。与锰酸锂类似,这个体系可以定制用作能量电池或功率电池。nmc是电动工具,电动自行车和其他电动动力系统的首选电池。镍基系统比钴基电池具有更高的能量密度,更低的成本和更长的循环寿命,但是它们的电压略低。

5)镍钴铝酸锂电池(nca):nca是锂镍氧化物的进一步发展,加入铝赋予电池更好的化学稳定性。高能量密度以及良好的使用寿命使nca成为ev动力系统的候选者。高成本和低安全性却有负面的影响。

6)磷酸铁锂电池:磷酸锂具有良好的电化学性能和低电阻。这是通过纳米级磷酸盐阴极材料实现的。主要优点是高额定电流和长循环寿命;良好的热稳定性,增强了安全性和过充承受能力。磷酸锂具有比其他锂离子电池更高的自放电,这可能会引起老化进而带来均衡问题。

二、新型金属电池技术发展

01. 锂离子电池的进一步发展

1991年索尼推出第一款商业液态锂离子电池后,液态锂离子电池进入快速发展阶段。处于对更高能量密度和更高安全性的追求,各国都在加紧对新型电池技术的研发以期占领技术高地。动力电池作为锂电池最大的应用场景,2020年中国车用动力电池出货量为80gwh,同比增长12.7%,占中国锂电池市场56%的份额,远超其他应用终端。锂电池虽为目前最佳选择,但能量密度其实已经接近极限,所以对于液态电解质的锂离子电池的改进主要集中在提高电池空间利用率和降低成本上,其中对于三元锂离子电池,还要集中处理热失控引起的爆炸问题。

1.1 三元锂电池热失控问题改进

三元电池由于密度更高,热稳定性相对差,某些极端环境下容易发生热失控起火,成为电池企业安全技术必须迈过的一道坎。所以在动力电池安全技术开发上,车企和主流电池企业开始将目标集中投向“三元电池系统不起火”。


1.2 无模组化电池通过提高空间利用率提升能量密度

模组主要是单体电芯通过串并联方式,加保护线路板及外壳后,构成能够直接供电的组合体,是单体电芯与pack的中间产品。模组导致电池包成组效率降低和成本增加、重量增加、成组效率低带来系统能量密度低。模组与pack材料在动力电池系统的成本占比超过20%。无模组化精简模组与pack端结构,减重降本效果显著。

宁德时代推出ctp技术,ctp电池包体积利用率提高了15%-20%,电池包零部件数量减少40%,生产效率提升了50%,电池包能量密度提升了10%-15%,可达到200wh/kg以上,大幅降低动力电池的制造成本。 比亚迪推出刀片电池,实质是省略了电芯-模组的步骤,省去了横梁、纵梁以及螺栓等结构件,将电池包壳体内部的空间利用率由原来的40%-50%提升到60%-80%。在电芯制备过程的良率和一致性达到稳定状态后,生产成本相比传统磷酸铁锂电池包预计下降30%。

1.3 掺硅补锂:硅负极的应用难度大,补锂的安全与技术成熟度是瓶颈。不过,目前很多企业都官宣掺硅补锂技术可以看出,两种技术的产业化难点应该得到一定程度上的解决。或许近两年内,采用掺硅补锂技术的电池产品将会大规模上市,同时也是300wh/kg电池产品的普及阶段。

1.4 固态电池

固态锂电池与传统锂电池最大的不同在于电解质,传统锂电池采用隔膜 电解液中间含有液态物质,而固态电池则是用固体电解质。相比传统锂电池,固态锂电池的安全性更好,能量密度更高。目前已经在使用或接近商用的固态电池的电解质有:聚合物、硫化物和氧化物三种,其中氧化物电解质性能最优。氧化物和硫化物电解质的固态电池能量密度高于采用相同正负极材料的传统锂电池。 氧化物电解质的稳定性好,循环寿命长(可达1000次)以上,能量密度较高,倍率性能较好,同时成本较低。主要缺陷是界面接触问题尚未完美解决。氧化物电解质比较适合动力电池,其制造工艺和改性水平也在稳步提升。氧化物固态电池电解质物料价格低廉且电芯易组装,封装成本低。只要解决氧化物电解质大规模量产的技术问题,固态电池的量产成本可以与液态电池相媲美。

1.5 分析

由于锂元素特性的限制,目前锂离子电池的能量密度已接近极限,现有研究的主要成果是无模组化(ctp技术和刀片电池)、掺硅补锂和固态电池。随着人们对里程焦虑的缓解,磷酸铁锂电池的市场份额会逐渐增加,高端车仍会使用三元锂电池保证高续航里程。

传统锂离子电池与新技术对比


01.锂离子电池作为目前世界上市场容量占比最高的电池,在新能源动力汽车和储能领域都有很大的应用,但因为三元锂电池的安全问题以及磷酸铁锂电池的能量密度不高,所以在传统的锂离子电池基础上,很多公司对其结构进行了改进。同时由于锂电池的资源以及分布不均的限制,仅靠锂离子电池这一项储能技术并不能全面改变传统能源结构,难以同时支撑起电动汽车和电网储能两大产业的发展,因此研究以非锂金属或其他原料为材料的新型电池也成为各国竞争焦点。


02.钠离子电池成本优势明显,有望在储能领域应用

03.钾离子电池研究处于起步阶段,短期无法技术突破


04.金属空气电池

金属-空气电池是以电极电位较负的金属如镁、铝、锂等作负极,以空气中的氧或纯氧作正极的电池。


4.1 锂空气电池潜力巨大,在新能源、储能以及航天军事领域有广泛的应用价值。锂空气电池是一种非常有潜力的高比容量电池技术,理论能量密度高达11680wh/kg,是现有的可充电电池体系中最高的,远超过锂电池目前200 wh/kg的实际能量密度,因此得到了学术界和工业界的热捧,被广泛认为是一项电池领域中未来的颠覆技术。 尽管锂-空气电池具有最高的理论能量密度,但目前存在诸多的问题,如循环寿命、倍率性能、环境适应性等限制了其实用化进程,暂时还无法实用化。

4.2 锌空气电池能量密度高,但技术突破困难



05. 氢燃料电池技术有产业性突破,前景光大


金属离子电池与金属空气电池的能量密度有限,充电时间长,与燃油车有很大差距。氢燃料电池基础能量密度是汽油的3倍,能量密度是锂离子电池的100多倍,加氢时间仅需几分钟,且绿色清洁,被誉为“21世纪的终极能源”。



氢燃料电池与锂离子电池对比

当前氢的储存分为高压气态储氢、低温液态储氢、化学储氢及吸附储氢等多种方式。液氢作为最有潜力的一种储运方式,液态氢的密度是气氢的780倍,使得氢可以高效地储存和运输。在欧、美、日等地区和国家,液氢技术的发展已经相对成熟,液氢储运等环节已进入规模化应用阶段,而我国由于液氢技术仍处于起步阶段,氢液化系统核心设备仍然依赖进口,主要应用于航天领域,且产能较低、成本过高,民用领域应用仍处于空白状态,仅在西昌、文昌航天101所有4台液化系统。
目前国内多个氢能示范城市在相关发展规划中明确了未来燃料电池汽车推广的阶段性目标。氢能产业已成为我国能源战略布局的重要组成部分。《新能源汽车产业发展规划(2021-2035年)》指出,要有序推进氢燃料电池供给体系建设,包括提高氢燃料制储运经济性和推进加氢基础设施建设。

06. 核电池成本极高,不适用于民用领域


放射性同位素在衰变过程中,会持续不断的放出具有热能的射线。利用半导体换能器将热能转换为电能的装置即为核电池。以原子自然衰变释放的能量为动力。 核电池按放射性元素的不同可分为高电压型和低电压型。高电压型应用在航天与军事用途上。低电压型体积可以制造的很小,通常在医学领域应用。 核电池的优点非常多,但是受限于热能转换材料的性能,只有10%-20%的热能被利用,其余的能量被浪费无法转换。受限于热能转换率,电流有限,如果要提供足够的功率,大体积随即会产生高辐射。

三、分析及结论


锂离子电池是目前市场占比最大的电池。对于锂离子电池的研究发展,很多公司针对三元电池起火的问题提出了欧洲杯买球平台的解决方案,除此之外,更多的是针对提高能量密度的研究,如无模组化、掺硅补锂、固态电池等;但随着能源革命的推进,由于锂的特性限制(锂离子电池的能量密度将接近极限)及资源限制,锂离子电池可能无法全面改变传统能源结构,难以同时支撑起电动汽车和电网储能两大产业的发展,故对非锂材料新型电池的研究也是各国研究的重点,包括钠离子电池、钾离子电池、金属-空气电池、氢燃料电池、核电池等。在储能技术方面,研究人员都在寻求效用、成本、安全性和应用场景这四个层面的最优欧洲杯买球平台的解决方案。对于储能效用好,安全性稍好,成本稍高的电池,可以应用在对便携性移动性要求强的应用场景,例如汽车、机器人等;对于储能效用不那么高、安全性好、成本低的电池,可以应用在对空间、便携性没有限制的应用场景,如5g基站、工业储能;对于储能效用和安全性极高,但是成本也极高的电池,可以应用在航空航天领域。



新型电池技术对比

因为新型电池大多尚在研究阶段,所以很多需要实践才能验证的数据缺失(如成本、安全性等),因此在分析他们的应用场景时,主要聚焦他们的优势维度上。

新型电池及应用场景

(1)钠离子电池安全性强,高低温性能好,适用于对便携性、移动性要求低的场所或者应用于对能量密度要求不高的场景;
(2)钾离子电池目前尚处于研究起步阶段,技术突破后可以应用在低速电动车和规模储能等场景中;
(3)锂空气电池由于其超高的能量密度,被誉为被认为是一个未来可以颠覆电池领域的技术,技术突破后不仅在新能源汽车领域非常具有吸引力,在航天、军事、移动电子等也存在广泛的应用价值;
(4)锌空气电池由于高能量密度,清洁等特性有机会成为下一代新能源电池,由于低成本与安全性好的优势可能应用在对移动性、便携性要求不高的场所;
(5)氢燃料电池的研究目前已经取得产业性突破,预计成本在未来十年也会进入快速下降区间,在新能源汽车领域,氢燃料电池汽车的能效要比纯电动和混动汽车高很多,潜力巨大,长期看可能会成为主流;其次,氢能也是集中式可再生能源大规模长周期储存的最佳途径;

(6)核电池具有能源充足、寿命极长、不受外界环境影响等优势,是太空飞行的最佳能源。但由于其安全性和成本的问题,在民用领域普及推广具有极大难度。


信宇人科技经营生产制造锂电池自动化设备已有19年的历程,目前覆盖前段欧洲杯足球官网-欧洲杯买球平台、辊压、分切、中段欧洲杯足球官网-欧洲杯买球平台以及电芯组装自动化线等。为推动信宇人科技在智能制造装备的产业与技术升级,信宇人科技自建惠州信宇人工业园,形成深圳和惠州两大生产、研发基地。


欧洲杯足球官网-欧洲杯买球平台秉持公司平台化技术产品化”的经营理念,树立“以智慧拼搏者为核心团队”的核心价值观推动企业的科学创新力,从而更高水平地实现装备的数字化、智能化、自动化。努力成为掌控高端装备核心技术的中国民族品牌!


来源:动力电池网

推荐文章

国家动力电池创新中心成功开发500wh/kg高比能电池技术原型

国家动力电池创新中心成功开发500wh/kg高比能电池技术原型

国家动力电池创新中心成功开发500wh/kg高比能电池技术原型
2022-01-14 more details

黑马?黑科技?中国锂电sdc涂布机已悄然量产!

黑马?黑科技?中国锂电sdc涂布机已悄然量产!

黑马?黑科技?中国锂电sdc涂布机已悄然量产!
2021-10-21 more details

汽车动力未来发展的技术趋势与挑战

汽车动力未来发展的技术趋势与挑战 信宇人

汽车动力未来发展的技术趋势与挑战
2021-09-15 more details

> 公司:0755-84611586

> 传真:0755-84611589

> 售后专线:4008855199

> 邮箱:xyr@xinyuren.com

> 地址:深圳市龙岗区龙城街道回龙埔社区鸿峰(龙岗)工业厂区2号厂房

欧洲杯足球官网
© hyticon 2022 深圳市信宇人科技股份有限公司 备案号:
网站地图