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固态电瓶怎么样补充缺口,纯电动小车为啥

发布时间:2019-09-25 02:52编辑:购车导航浏览(95)

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    为什么冬天电动汽车的续航就不行了?

    检视锂电池在循环过程中发生的负反应,我们可以将这些反应的影响归纳为三大电池退化情形并观察固态解质对退化现象的影响:一、 容量损失在循环过程中,因正负极的体积膨胀或收缩,SEI膜将产生裂异并持续增生, SEI膜的增生过程会消耗活性锂,导致电池整体容量下降及内阻提升;此外,在充电时,正极处于高氧化状态, 容易发生还原相变,骨架中的过渡金属如钴离子析出至电解液,并扩散到负极,催化SEI膜进一步生长,导致活性锂被消耗的情形发生,同时因正极结构被破坏,造成可逆容量损失;负极方面,充电时负极的电位变低,Li+从正极扩散并嵌入至负极,当温度过低或充电电流过大,造成金属锂的嵌入速度降低,直接析出于负极表面,极化效应更剧,除造成活性锂的损失、内阻增加外,更会形成致命的「锂枝晶」,长久下来将造成内短。理论上全固态电池作用时离子本身不移动,故不可逆反应将减少,若采用与锂电化学稳定的固态电解质,SEI及电解液劣化等问题亦能减缓,能有效降低锂离子在充放电过程中耗损而造成容量衰退的幅度,更能减少或抑制锂枝晶的产生,例如氧化物电解质中石榴石结构的锂镧锆氧便有绝佳的化学稳定度,而固体聚合物电解质仍是以锂盐及高分子基质组成,因此化学稳定性比起液态聚合物电解质差距不大。对于容量衰退的问题,提升能量密度是另一降低使用者不便性的解法方,若当电池整体容量能大幅跃升,即使损失部分容量,相对较大的剩余容量仍可支撑装置的运作,而固体电解质的高安全性及稳定性能容许锂电池采用高活性、高能量密度的负极材料,锂金属的理论容量密度可以达到3,830 mAh/g、硅负极材料可达4200 mAh/g,较锂碳层化合物高出十倍左右,让动力电池能量密度国标:2020 年300Wh/kg、甚至2025年的400Wh/kg的达成提前现出曙光,目前固态电池业界进行锂金属或全硅负极先导研究的主要有法国Bolloré、韩国SDI及台湾辉能,市场预估在2022年消费者能使用到此类高能量电池。二、体积膨胀体积增加主要导因于在充电中的正极属高氧化态,晶格内的游离氧容易析出后与电解液发生氧化反应,产生二氧化碳及氧,在一次次的充放电循环中渐渐造成鼓胀,而在电压高于4.35V以上或高温环境下加速电解液的分解,造成电芯不断膨胀,轻则影响装置内的组件配置,重则导致电芯结构受损而起火爆炸。固体电解质则因前述的化学稳定性而不易与正极发生氧化作用,能减缓电解质分解、气化的速率,大幅降低体积膨胀的程度,除此之外,固体电解质能够承受超过5V以上的电压而不分解,使得内部串联技术不再是遥不可及,事实上,单电芯电压的提升便能省去部分BMS及分流器,大幅提升模块能量密度与成本,早已吸引日产汽车等企业投入研发超过十年,却迟迟无法克服电解液在高压下分解的问题。而固态电池阵营已实现了此技术,今年初辉能科技在美国CES上发表BiPolar+电池包技术,直接于封装材内堆栈极层,单一电芯已可达到85.2伏、20度电以上,只需要四颗电芯就能驱动整车,因此省去大量连接线材,将电池包体积缩小了五成。电池,固态电池图一、辉能科技固态电池包三、热失控热失控是锂电池危害程度最高且难以预测的风险,当电芯受到外力破坏引起短路或内部发生短路、过充情况时,电芯内部的温度便随之上升, 一旦升至130度,SEI膜便开始崩解,并造成有机电解液直接与高活性正负极接触,因而大量发生分解放热反应,导致温度与内压提速上升、大量气体产生造成电池快速膨胀,到达临界温度后正极崩解,释放出更多热能及氧气,诸多因素迭加后造成升温、分解、放热的连锁反应加剧,终至起火爆炸。若将原本在150度左右便开始产生大量易燃气体与热能的聚合物电解液与隔离膜更换成在高温下气化较慢且不易燃的『固体电解质』,便能阻断热失控的连锁反应,避免起火爆炸事故的发生,如同从釜底抽薪,不过,不同电解质体系的热稳定性有着不小差距,例如氧化物陶瓷电解质的燃点在千度以上,能完全阻断热失控反应;而固态聚合物电解质大约在280度就会开始崩解,热稳定性最差,目前尚未见到固体聚合物电池在三百度以上仍维持稳定的测试纪录。电池,固态电池图二:电芯内部热失控分解放热过程从上述锂电池失控过程中可看出,大部分的副反应来自于有机电解液在化学及高温下的不稳定性,即便不时能见到极层的绝热保护涂层、阻燃添加剂的研发,仍是治标不治本,这也是近年来市场焦点逐渐由三元系电池转移至固态电池研发的原因,利用固态电解质的稳定性创造高安全性、电池寿命更长、续航里程更加理想的新能源车,突破数十年来锂电池所面对的发展屏障,提升电动车对燃油车的取代性。另外,电动车辆分标委组织于去年发布了安全性国标<电动汽车安全要求>的征求意见稿,其中对热管理、零部件阻燃的设计及测试方法都提出了建议或规范,在市场与政策的推动下,行业的安全规范与控管体系正日趋完备,期望新能源车能够早日达到本质上的稳定与安全,为驾驶与乘客的生命财产提供保障,更替我国洁净能源的发展增添助力。

    说到电池活性降低,首先待从电池原理说起。目前市面上大部分的纯电动汽车都使用锂离子电池组,锂电池具有重量轻,容量大等优点,所以是各大品牌的首选电池。而锂电池根据单元又可分为磷酸铁锂、三元锂和锰酸锂三种主流电池,负极都以石墨材料为主。这三种电池反应原理基本相似,都属于“摇椅式”电化学储能过程。

    东北的小伙伴,冬天零下二十多度似乎是家常便饭。这可让拥有电动汽车的他们可咋办?

    每当提到纯电动汽车,消费者首先想到的就是续航问题,毕竟纯电动汽车续航有限,不能和燃油车相媲美。其实,在如今已经有很多汽车品牌车型续航可以突破400公里,而这其中也不乏一些自主品牌,如:比亚迪、荣威、蔚来等。

    这样看来,只要我们明确,低温是怎样影响这些阻力和动力的,就能理解低温对锂电池性能的影响是怎么起作用的。

    而在电池内部,锂离子的活性和温度变化有很大关系。温度越高,锂离子活性越大,也更容易穿过SEI膜和克服电解液传导的抗住。而当温度降低后,锂离子的活性就会差很多,锂离子通过SEI膜也变得困难,表现为阻抗增加。而电解液的活性在低温下同样会变差,锂离子在电解液中的扩散能力降低。其实际表现为电流值减小,同时锂电池的可用容量变小,内阻增大。

    负极石墨为层状结构,锂离子的嵌入和脱出的方式,在不同类型的锂离子中没有太大差异。不同正极材料,其晶格结构存在不同,充放电过程中的锂离子扩散进出,过程略有不同。

    回顾即将过去的2018年,在汽车领域各品牌推出的新款车型中,小排量涡轮增压、新能源车型已然成为了今后汽车发展的方向。据中汽协数据显示,2018年前11月,国内新能源车产销双双突破100万辆大关,其中纯电动车型占据了绝大部分,电气化时代终将到来。

    先从原理说起。电动汽车上使用的主要锂电池类型,磷酸铁锂、三元锂和锰酸锂三种主流的锂电池,负极石墨材料为主。他们的基本反映原理是近似的,都是“摇椅式”电化学储能过程。

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    最近,全国各地的电动汽车车主朋友们是不是发现您的爱车续航里程突然大幅缩短,跑不了多远,“油门”踩下去没劲儿?是不是都开始为冬季严寒感到发愁,尤其是北方的朋友们,如此天气不仅影响出行计划,而且很多人为了能够省点电,不舍得开暖风,车里车外几乎一个温度。这样的体验,让人简直怀疑当初决定买电动汽车考虑的价值所在。

    1.电池活性降低 内阻增加

    正极材料活性物质,温度越低,其活性越差,对外表现出电势降低;正极锂离子在材料内部通道中的扩散越困难,表现出阻抗增加;负极表面的SEI膜,是电解液与负极材料初次接触时候形成的一层钝化膜,它的存在保护了负极材料不会被电解液进一步腐蚀,同时又能允许锂离子进入和脱出。当温度降低,锂离子通过SEI膜也变得困难,表现为阻抗增加;电解液的活性,在低温下同样变差,离子在电解液中的扩散能力降低。带电离子的移动速率,宏观上的表现就是电流值的大小。回想一下电流的定义:单位时间流过导体任意截面的电量。联系到电荷移动速率与电流的关系,低温使得电解液通过电流的能力降低了。而对电荷移动的阻碍,则表现为回路阻抗。温度下降,电解液阻抗上升。

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    如上图所示。在充电过程中,由于电池外加端电压的作用,正极集流体附近的电子在电场驱动下向负极运动,到达负极后,与负极材料中的锂离子结合,形成局部电中性存放在石墨间隙中;消耗了部分锂离子的负极表面,锂离子浓度变低,正极与负极之间形成离子浓度差。在浓差驱动下,正极材料中的锂离子从材料内部向正极表面运动,并沿着电解质,穿过隔膜,来到负极表面;进一步在电势驱动作用下,穿过SEI膜,向负极材料深处扩散,与从外电路过来的电子相遇,局部显示电中性滞留在负极材料内部。放电过程则刚好相反,包含负载的回路闭合后,放电过程开始于电子从负极集流体流出,通过外电路到达正极;终于锂离子嵌入正极材料,与外电路过来的电子结合。

    续航里程虽然增加了,但对于纯电动汽车,还有一个致命的影响因素——温度。现在正值寒冬季节,北方大部分地区气温普遍都在零下10度以下,很多纯电动汽车车主就会发现自家的车辆续航明显不如夏季,而且行驶同等距离的路况,冬季掉电更快。这种情况还体现在我们日常的其它小细节上,像燃油车蓄电池更容易出现亏电的问题,手机续航严重不足,还有部分手机品牌可能出现冻关机的情况。那导致电池在冬季续航短的原因又是什么呢?

    通常来说,目前市面上绝大多数的电动汽车、甚至是电子数码产品,使用的都是锂电池,那么就先扒一扒,冬天的锂电池怎么了。

    整体上看,在锂电池这个体系里,电荷移动的不顺畅,既表现为电势降低,同时又表现为阻抗升高。电势或者说电池的开路电压,在一定温度下,与电池内部容纳的能量有明确的对应关系,那么电势下降显示了电池内电能的减少。

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    水氢汽车引领新能源续航革命

    水氢汽车无需储存电量,用水氢发电模块替换传统电动车蓄电池。其发电原理是甲醇水蒸气催化重整制氢技术和氢燃料电池技术一体化结合,车主只需添加甲醇水原料即可和传统内燃机一样具有高续航能力。甲醇补给站完全可以在原有的加油站稍加改健即可投入使用,而且改建费用远远低于新建一个充电站;水氢汽车3分钟内加满45L的甲醇原料,即可续航450公里,而电动汽车快充也至少需要半个小时,续航里程也更短。水氢汽车的原料是甲醇水,甲醇发电为汽油的1/2-1/3左右,成本也就随之降低。

    水氢汽车无污染物【硫氧化合物、氮氧化合物、颗粒物排放,排放产物只有纯净水和近零的CO2。相比锂电池,利用水氢电力驱动的水氢汽车真正实现零排放和高效率,凭借优异的特性成为新能源汽车的一匹黑马。

    随着技术的进步,消费者对于新能源汽车的接受程度不断变高,广东合即得能源科技有限公司针对消费者存在的里程、充电焦虑等问题进行突破,团队研发的水氢汽车就是其中之一。

    锂电池放电过程

    为何在寒冷的冬天电动汽车的续航会减少,不用脑袋想就知道与低温有关。小编在想,这可能与智能手机在低温状态下明明显示电量充足但却瞬时关机是一个道理。但是为何低温会对它们的续航产生如此大的影响,小编不太懂技术,查找了资料,顺便给大家科普下。

    那么锂离子克服这些阻力的动力哪里来?一方面来自于正负极材料电势差,正极材料与负极材料的势能差越大,电池表现出来的开路电压越高,电池存储的能量也就越多,这个属性也是电池能够放电的基本动力;另一方面,电解液中不同位置离子浓度的不同,驱动离子从高浓度位置向低浓度位置运动,所谓浓差驱动。

    水氢汽车的燃料是1:1的甲醇和水,混合前甲醇的凝固点:-97.8℃,混合后的水氢燃料的凝固点:-90℃,即使在严寒地区也不会担心燃料结冰的问题。水氢汽车无须担心冬天充不上电,而电动汽车在寒冷天气“掉电”现象很严重。此外,水氢汽车搭载了水氢温控管理系统,可以实现电池温度的智能调节,从而提升电池组的使用效率和使用寿命,确保车辆在任何气候条件下保持高效率的发电和续航里程。

    放电过程中,锂离子想要从负极来到正极,需要在一些动力的驱动下克服一些阻力才能实现。这些阻力包括,从负极结构中扩散出来要克服负极SEI膜阻抗;沿着电解液扩散需要克服电解液传导阻抗;穿越正负极之间的隔膜,需要克服隔膜阻抗;从电解液进入正极,需要克服正极SEI膜(这个膜的结构不是特别明显)和材料内部扩散阻抗。

    上述解释似乎显得过于复杂,那么简单总结下为何低温下,电动汽车的续航里程少了?宏观上,因为低温使得锂电池的可用容量变小了,同时内阻变大了;微观上,低温一方面降低了锂电池活性物质放电的势能,另一方面提高了系统放电阻力。可用电量减小,行驶里程必然会减少,而电池内阻的增加,又将一部分可用的电能直接转化成欧姆热浪费掉了。两方面因素综合到一起,续驶里程必然明显减小。

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