Литий ионные аккумуляторы электромобиля

Литий-ионные аккумулятоы

В 1980-х годах появились выпускаемые серийно литиевые аккумуляторы. Однако использовались они ограничено из-за большой взрывоопасности.

В 1992 году корпорация "Sony" представила свой аккумулятор на основе лития. В новых аккумуляторах металлический литий был заменен более безопасной ионной формой.

Первые литий-ионные аккумуляторы корпорации "Sony" имели положительный электрод, сделанный на основе кобальтата лития (LiCoO2), а отрицательный электрод был сделан на основе углерода (кокс) и электролитом служил раствор соли лития (гексафторфосфида лития) в органическом растворителе. При соблюдении условий разряда/заряда данные элементы были достаточно безопасны в плане взрыва.

В дальнейшем появилось много новых литий-ионных аккумуляторов. Начали изготавливать литий-ионные батареи на основе кобальтатов лития и графитовых электродов. Появились батареи на основе более дешевой химии - LiNiO2, LiMnO2, LiMn2O4, LiFePO4. Появились аккумуляторы с полимерным электролитом.

При заряде литий-ионных аккумуляторов протекает следующая реакция:
  • на положительных пластинах: LiCoO2 > Li1-xCoO2 + xLi+ + xe-
  • на отрицательных пластинах: С + xLi+ + xe- > CLix
  • При разряде протекает обратная реакция.

    Литий-ионный аккумулятор вырабатывает примерно вдвое больше энергии на единицу веса, чем предыдущее поколение никель-метал-гидридных аккумуляторов.

    К достоинствам литий-ионных аккумуляторов следует отнести:
    1. Высокую энергетическую плотность
    2. Низкий саморазряд
    3. Простоту обслуживания
    Недостатки литий-ионных аккумуляторов следующие:
    1. Аккумуляторы Li-ion подвержены быстрому (взрывному) разрушению при перезаряде и/или перегреве
    2. При неаккуратном обращении аккумуляторы Li-ion могут иметь более короткий жизненный цикл по сравнению с другими типами аккумуляторов. Глубокий разряд полностью выводит из строя литиево-ионный аккумулятор.
    3. Оптимальные условия хранения Li-ion-аккумуляторов достигаются при 40%-ом заряде от ёмкости аккумулятора.
    4. Литиевые аккумуляторы стареют, даже если не используются.

    Литий–ионные аккумуляторы страдают от процесса ухудшения характеристик со временем.

    Большинство таких аккумуляторов не может служить больше пяти лет. Количество зарядно-разрядных циклов не так влияют на ресурс, как возраст. При коротком времени цикла заряда и разряда, батарея выдерживает до 2000 циклов. При заряде литиевых аккумуляторов нежелательно превышать предел в одну ёмкость, так как это приводит к резкому сокращению срока их службы.

    В настоящее время постоянно появляются литий-ионные аккумуляторы, основанные на новых химических и конструктивных составляющих. Возможности совершенствования, литий-ионных аккумуляторов, еще далеко не исчерпаны.

    Разработки в области полимерных электролитов дали возможность создать твердый электролит, проводящий ионы лития. Твердый электролит создает в месте контакта с металлическим литием поверхность, препятствующую образованию дендритов лития при циклировании, что позволяет забыть о проблеме, приводящей к возгоранию и взрыву литиевых аккумуляторов.

    Но литий-полимерные аккумуляторы могут работать только при температурах свыше 40 градусов Цельсия.

    В автомобилях на электротяге используются следующие модификации литиевых аккумуляторов:
  • Никель-кобальт-марганец (NCM). Марганец дешевле кобальта, но срок его службы меньше.
  • Никель-кобальт-алюминий. Этот сплав подобен NCM, но алюминий стоит дешевле.
  • Фосфат железа. Этот сплав мог бы стать самым перспективным, потому что он стабилен и безопасен. Недостатком аккумуляторов из FePo является то что они работают при более низком напряжении, чем кобальтовый аккумулятор, поэтому батарей и элементов должно быть больше.
  • Вес всей аккумуляторной батареи в электромобилях составляет от 50 до 400кг.

    Автомомобили на электротяге Nissan, имеют литий-ионные батареи плоского типа. Под днищем авто спрятано 50 модулей: вес каждого модуля 4 кг, и общая энергоотдача отдача – 90 кВт.

    В аккумуляторах электромобилей Honda используют элементы с силой тока при разряде - 100A, а при заряде - 50A. Напряжение батареи 240В.

    Экомобиль.com.ua. Форум

    Это наиболее удачные батареи для электротранспорта, их используют практически все крупные производители электромобилей. Литий-ионные аккумуляторы являются самыми перспективными для использования в качестве тяговых батарей для электротранспорта. Технология производства литий-ионных аккумуляторов постоянно совершенствуется, совершенствуются характеристики, уменьшается стоимость производства аккумуляторов. Так что, возможно, литий-ионные аккумуляторы могут стать основным источником питания электромобилей в самом ближайшем будущем.

    Первые эксперименты с литиевыми аккумуляторами относятся к 1912 году, но первые серийно произведенные литиевые батареи появились в 1970-х, они были не перезаряжаемые.

    В середине 1980-х появились серийные литиевые аккумуляторы, но их использование было ограничено из-за высокой взрывоопасности - при циклированни на литиевом аноде образовывались дендритообразные кристаллы лития, которые прорастали до катода и провоцировали внутриэлементное короткое замыкание и взрыв из-за перегрева, который запускал химическую реакцию между литием и органическим электролитом.

    С 1991 года началось коммерческое использование литий-ионных аккумуляторов, изготовленных фирмой Sony. В этих аккумуляторах использовался кобальтат лития (LiCoO2), адсорбируемый на коксовых аноде и катоде. В качестве электролита использовалась соль лития в органическом электролите. При соблюдении условий разряда/заряда данные элементы достаточно безопасны в плане взрыва.

    В конце 1990-х появилось много новых игроков на рынке Lion аккумуляторов - стали производится батареи на базе кобальтатов лития на графитовых электродах, появились батареи на основе более дешевой химии - LiNiO2, LiMnO2, LiMn2O4. LiFePO4. Также появились аккумуляторы с полимерным электролитом и литий-полимерные аккумуляторы для использования в миниатюрной электронике.

    Преимущества и недостатки LiOn батарей:

    наибольшая плотность энергии из всех разновидностей аккумуляторов – как объемная, так и весовая напряжение питания на элементе - 3,6В, что в 3 раза выше, чем у NiMH и NiCd аккумуляторов и почти в 2 раза выше, чем для свинцово-кислотных аккумуляторов быстрый процесс заряда батарей - до 90% емкости за 30-40 минут высокий показатель ресурса - свыше 1000 циклов разряда/заряда низкий показатель саморазряда - до 5% в месяц дружественность окружающей среде - могут утилизироваться без предварительной переработки Недостатки

    возможность взрыва при механическом повреждении или перезарядке аккумулятора достаточно быстрое старение аккумулятора - большинство аккумуляторов резко снижают свои характеристики при хранении или использовании более 5 лет высокая стоимость, но над этим параметром усиленно работают китайские производители - источник: http://sdisle.com/battery/lion/lion.html

    Нельзя убить идею, время которой пришло.

    Автоэко

    Литий-ионные аккумуляторы

    Конструкция и применяемые материалы

    Основой для отрицательного электрода в Li-ion аккумуляторах служит углеродная матрица . Она может изготавливаться из природного или синтетического графита, кокса, пиролизного или мезофазного углерода, сажи и др. Ионы лития при внедрении раздвигают слои углеродной матрицы и располагаются между ними. Положительные электроды литий-ионных аккумуляторов изготавливаются из литированных оксидов кобальта или никеля и из литий-марганцевых шпинелей.

    Конструктивно Li-ion аккумуляторы производятся в цилиндрическом и плоском вариантах . В цилиндрических аккумуляторах свернутый в виде рулона пакет электродов и сепаратора помещен в стальной или алюминиевый корпус, с которым соединен отрицательный электрод. Положительный полюс аккумулятора выведен через изолятор на крышку.

    Плоские аккумуляторы производятся складыванием прямоугольных пластин друг на друга. Они обеспечивают более плотную упаковку в батарее, но в них труднее, чем в цилиндрических, поддерживать сжимающие усилия на электроды. В некоторых плоских аккумуляторах применяется рулонная сборка пакета электродов, который скручивается в спираль. Это позволяет объединить достоинства двух описанных выше типов конструкций.

    Разноименные электроды разделяются сепаратором из пористого полипропилена. Конструкция Li-ion отличается абсолютной герметичностью . Это необходимо для предотвращения вытекания жидкого электролита и попадания в аккумулятор кислорода и паров воды из окружающей среды. Кислород и пары воды реагируют с материалами электродов и электролитом и полностью выводят аккумулятор из строя.

    Преимущества и недостатки

    Li-ion аккумуляторы обладают рядом неоспоримых достоинств: повышенный срок службы при небольших размерах, малом весе и более высокая по сравнению с батареями других типов энергетическая плотность . Литиевые батареи принимают высокий ток зарядки и разрядки . Поэтому зарядка займет меньше времени, пройдет более эффективно (это полезно при рекуперации энергии во время торможения).

    Однако при этом нельзя допускать перегрева . чем выше ток, тем сильнее нагрев. И вопрос не только в сокращении срока службы аккумуляторов, но и в риске возникновения пожара . так как у лития низкая устойчивость к возгоранию. Поэтому еще на стадии производства строго следят за технологией: мельчайшая примесь в сепараторе ячеек может способствовать возникновению внутренних замыканий, которые в состоянии нагреть литий до температуры возгорания. Под крышкой аккумулятора устанавливается устройство, реагирующее на повышение температуры увеличением сопротивления, и другое, которое разрывает электрическую связь между катодом и положительной клеммой при повышении давления газов внутри аккумулятора выше допустимого предела. В ходе эксплуатации за безопасностью следит специальная электроника, контролирующая температуру в каждой ячейке, температуру модуля, в котором они собраны, и температуру пакета аккумуляторов. Необходима и эффективная охлаждающая система.

    Саморазряд Li-ion аккумуляторов составляет всего лишь 4-6 % за первый месяц, затем - еще меньше . за год аккумуляторы теряют 10-20% запасенной емкости. Потери емкости у Li-ion аккумуляторов в зависимости от температуры в несколько раз меньше, чем у никель-кадмиевых аккумуляторов. Ресурс-500-1000 циклов.

    Применение в гибридах и электромобилях

    При создании гибридов и электромобилей разработчики все чаще применяют литий-ионные батареи. Во-первых, это связано с их лучшим весовым качеством (отношением запасенной энергии к массе). Современные батареи, применяемые на автомобилях, способны вмещать 0,8-2,6 кВт*ч на килограмм собственного веса. Во-вторых, они допускают более глубокий заряд и разряд . Если для никель-металлгидридного аккумулятора оптимальный диапазон зарядки составляет от 40% до 60%, то есть всего 20% общей емкости, то для литий-ионного она в 2,5 раза больше: от 25% до 75%. Срок их службы больше . Например, гарантия на литий-ионную батарею французской фирмы SAFT составляет 10 лет, а на никель-металлгидридную производства Panasonic – только 8 лет. Есть у литий-ионных батарей и существенные недостатки. Во-первых, невозможность реанимировать полностью разряженный аккумулятор . Во-вторых, для работы им нужно обеспечить узкий температурный диапазон от 25 до 45 градусов. Если их не согревать зимой, емкость упадет на треть при -10, и наполовину при -20 градусов. Летом еще опаснее: при 55-60 градусах аккумуляторы начинают разрушаться – их приходится охлаждать даже при стоянке на солнцепеке. Высока и себестоимость . которая может достигать до половины цены всего электромобиля. Однако будущее все равно за литий-ионными батареями.

    История создания Li-ion аккумуляторов

    Первичные химические источники тока с литиевым анодом появились в 70-х годах. Однако при создании аккумуляторов, составленных из них, возникли серьезные проблемы, которые были преодолены только к середине 90-х годов. Эти проблемы были связаны с активностью лития: при больших токах происходил разогрев и самовозгорание батареи. Поэтому от применения чистого лития отказались, а решили использовать его ионы. Отсюда и пошло название аккумуляторов. Хотя литий-ионные аккумуляторы обеспечивают меньшую энергетическую плотность, чем литиевые аккумуляторы, зато они безопасны при условии соблюдения правильных режимов заряда и разряда. В них отсутствует металлический литий, а процессы разряда и заряда сводятся к переносу ионов лития с одного электрода на другой.

    Внешний вид Li-ion батареи

    Схема работы Li-ion аккумулятора

    Производители электромобилей и литий-ионных батарей.

    Литий ионные аккумуляторы электромобиля

    Литий-ионная аккумуляторная батарея ― наиболее важный компонент в устройстве электромобиля, и единственная, пожалуй, деталь, которую производители покупают у внешних партнеров, признанных мировых производителей батарей.

    AESC ― совместное предприятие NEC и Nissan, которое обеспечивает литий-ионными батареями Nissan Leaf и часть Renault EV. Благодаря тому, что указанные две марки электромобилей на сегодняшний день являются лидерами продаж электрокаров, AESC ― производитель №1 аккумуляторных батарей для электромобилей в мире, который удерживает около 33% мирового производства.

    LG сотрудничает с GM и Ford, а также поставляет часть батарей для Renault, что обеспечивает южнокорейской компании 24% рынка.

    Panasonic поставляет литий-ионные батареи для таких производителей электромобилей, как Toyota (гибридные автомобили) и Tesla, которые на сегодняшний день используют самые передовые технологии для своей продукции. Благодаря амбициям Tesla, компания Panasonic вынуждена максимально быстрыми темпами делать инновационные разработки в области батарей, поскольку поставлена максимально высокая планка в достижении показателей скорости заряда, запаса хода электрокара и других не менее важных показателей.

    Оставшаяся часть рынка распределяется примерно таким образом: Lithium Energy Japan (GS Yuasa / Mitsubishi) ― работают с Mitsubishi, Siemens работает с Volvo и Deutsche ACCUmotive (электромобили Smart). Также ходят слухи, что Toshiba будет сотрудничать с Honda, а Samsung может наладить отношения с Renault. Как бы там ни было, переход человечества на экологические электромобили ― процесс необратимый, вопрос лишь времени. И, по всей видимости, недолгого времени.

    Литий ионные аккумуляторы электромобиля

    Использованы данные официальных сайтов указанных компаний, а также сообщества EV-Sale.

    Литий ионные аккумуляторы электромобиляЛитий ионные аккумуляторы электромобиляЛитий ионные аккумуляторы электромобиля

    Источники:
    auto-accumulator.ru, xn--90aoegclb9ib.com.ua, autoeco.info, electro-mobil.com.ua


    21 сентебря 2017 года

    Комментариев пока нет!
    Ваше имя *
    Ваш Email *

    Сумма цифр справа: код подтверждения

    Популярное:

  • Не работает детский электромобиль причины (87)
  • Мотор колесо для самоката своими руками (69)
  • Электромобили детские схемы электрические (64)
  • Дешевый электромобиль в россии (55)
  • Электродвигатель для электромобиля как его сделать (47)
  • Налог на электромобиль в россии (42)

  • Надавно добавленные материалы:

    Bmw x5 детский электромобиль

    Лицензионный детский электромобиль M 2762 (MP4) EBR-1 BMW X5, белый - оборудован встроенным планшетом, также есть разъёмы для подключения внешних устройств, что делает

    Читать далее

    Детский электромобиль bmw z4

    Доставка в Мариуполь из другого городаДетский электромобиль BMW Z4 белый, Rastar (?81800/1) В этой детской версии элитного автомобиля все, как

    Читать далее

    Bmw x6 jj258 электромобиль

    Детский электромобиль JJ 258 R-1 джип BMW X6 белый - дизайн этого превосходного детского электромобиля сделан в стиле джипа компании

    Читать далее

    Детские электромобили bmw x6

    Детский электромобиль M 0569 BMW X6 кабриолет на радиоуправлении Детский электромобиль M 0569 BMW X6 кабриолет предназначен для детей от 2-до 8

    Читать далее

    Детский электромобиль bmw х6

    Также у нас вы можете приобрести запасной редуктор для электромобиля BMW x6 JJ 258 - редуктор

    Читать далее

    Детский аккумуляторный электромобиль bmw

    Каталог детских электромобилей BMW находится по адресу – http://hybroid.ru/kidselectriccars/bmwДетские электромобили с аккумуляторной батареей вряд ли можно назвать детской игрушкой. Это скорее

    Читать далее

    Детский электромобиль джип bmw

    Детский электромобиль JJ 258 R-4 джип BMW X6 синий - детский электромобиль имеет обтекаемый корпус с изящными изгибами, яркие

    Читать далее