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                动力锂电池系统轻量化技术研究

                作者:admin????来源:未知????发布时间:2021-01-26 11:32????浏览量:
                  目前电动车使用的电池大多是锂离子电池。单体电池实现了高压高能电池系统的串并联。与传统燃油汽车相比,电动汽车由于电池系统较重,续航能力明显不足。数据显示,电动汽车质量减少10%,可提高浙江11选5规则行驶里程5.5%。

                  因此,寻找高比能量电池系统是目前重要的研究方向,也是实现电动汽浙江11选五5开奖号码车轻量化的重要途径。减轻电池系统重量的方法有三种:(1)增加单个电池芯的能量密度;(2)降低电池系统配件质量;(3)优化电池系统设计。

                  第一,提高单体电池的能量密度

                  目前我国电浙江11选5计划软件动汽车用电池的正极材料是磷酸铁锂和三元材料。磷酸铁锂离子电池因其最佳的安全性能和循环寿命而被大规模工业化。国内很多电池厂都选择生产这种类型的电池,比如深圳比亚迪、合肥郭萱。

                  而磷酸铁锂离子电池的比能量较低(120 ~ 170 Wh/kg),而三元电池的比能量较浙江11选5当前最大遗漏高(180 ~ 220 Wh/kg),更能满足市场对续航里程的需求,增加三元锂电池的量产。目前重要厂商有宁德时代新能源,上海卡奈。虽然三元电池的能量密度高于磷酸铁锂离子电池,但距离工信部提出的到2025年动力锂离子电池比能达到500Wh/kg的目标还有很长的路要走。因此,应进一步研究新材料系统或电池系统,以达到上述体彩浙江11选5开奖查询目标。

                  1使用高容量阴极材料

                  正极材料的容量和电压是限制电池能量密度的最重要因素。正极材料的质量占单体电池的40% ~ 45%。因此,采用工作电压高、容量大的正极材料可浙江11选五走势图一定以显著提高电池的能量密度。

                  三元镍钴锰酸锂(NCM)材料可以通过浙江11选五开奖结果走势一定牛混合镍、钴和锰的比例获得不同的材料特性。目前,三元锂离子电池的重要应用是NCM111和NCM523。而三元材料中镍、钴、锰的比例在1:133601、5:233603到6:233602、8:133601之间,可以提高电极材料的克容量,因此高镍三浙江11选5基本走势图元材料的高容量备受关注。一般来说,三元材料中镍含量越高,单位质量材料贡献的能量越多,由其制备的电池能量密度越高,但电池的循环性能和稳定性下降。

                  镍钴铝酸锂(NCA)是另一种高镍含量的三元材浙江11选5任选走势图料。高镍含量使NCA具有190Ah/kg的高比容量,是最有前途的高能量密度锂离子电池负极材料之一。镍钴铝酸锂的结构与三元NCM811体系相似,但掺铝后材料的稳定性和循环性能更好,已成功应用于电动汽车。特斯拉的顶级车型使用松下电池,阳极材料是NCA。其单电池容量浙江11选5手机app为3100mAh,比能量为250Wh/kg,使得ModelS的续航里程达到480km。虽然NCA锂离子电池具有优越的电池性能,但生产技术门槛高。NCA材料制备工艺难度大,材料生产成本高,生产设备要求特殊,电池设计制浙江11选五任三遗漏造难度大。目前国内只有少数厂家进行小批量生产。

                  另外,高压钴酸锂通过提高电压来增加能量密度,但是钴的价格浙江11选5奖金多少高,不适合对电池成本敏感的汽车电池;富锂三元具有较高的比容量,磷酸锰铁锂提高了电压平台,有望用于动力锂离子电池。然而,这类阴极材料的技术成熟度仍然不足,需要进一步研究和工业验证。

                  2采用大容量负极材料

                  在工业锂离子电池中,负极的质量约占电池质量的15% ~ 20%。石墨,理论比容量为372mAh/g,是常用的负极材料,但其对电池能量密度的改善有限。硅阳浙江11选五走势图跨度极的理论比容量高达4200mAh/g,是石墨的10倍以上。它已成为大容量阳极材料发展的热点。

                  为了解决纯硅阳极材料体积膨胀和可回收性差的问题,一种方法是制备纳米硅材料,另一种方法是制备硅复合材料、硅/碳或硅氧复合材料。复合材料的优势在于各组分的优异性能达到协同效应,降低其体积效应。

                  此外,硅基阳极材料在使用中与石墨阳极混合,其添加量约为5% ~ 10%,在一定程度上降低了体积效应,提高了循环寿命。硅碳负极已经部分用于特斯拉电池,这为硅碳负极在动力锂离子电池中的应用拉开了序幕。在应用过程中,应系统研究硅碳负极的工艺控制、使用比例、电解液成分优化和电池结构设计,以满足动力锂离子电池的需求。

                  3增加极片中活性物质的比例

                  一般来说,电池正负极片的成分包括活性物质、导电剂和粘合剂。导电剂和粘结剂的比例降低,从而提高了活性物质的比例,提高了单体电池的能量。目前,碳纳米管、碳纤维、石墨烯等导电剂的应用可以有效地将导电剂的比例从传统的3% ~ 4%降低到0.5% ~ 1%;但苏威、阿克马等胶粘剂生产厂家正在开发粘接性能更好的新产品,将活性物质的比例提高到97% ~ 98%,从而有效提浙江11选5任选一奖金高电池的能量密度。在电池设计中,导电剂和粘结剂的优化非常重要,不仅增加了活浙江11选5开奖l今天浙江性物质的比例,而且不影响电池的功率密度、极片的吸液能力、极片的柔韧性等。4降低电池辅料质量

                  电池的辅助材料包括正负极集流体、隔膜材料和电池包装材料。在保证单体电浙江11选5任4推荐号码池安全性能的前提下,可以通过减小电池集流体的厚度、隔膜的厚度或电池单体的封装材料的质量来提高电池的能量密度。一般来说,电池辅助材料的质量可以占到电池质量的10%左右,这个质量的降低可以在一定程度上提高能量密度,但并不明显。

                  二、降低电池系统配件质量

                  减少电池系统附件的质量也可以提高电浙江11选5一定牛走势图池系统的能量密度。电池系统的重要附件是电池盒,电池盒是电动汽车的“心脏”,是电池的载体,在保护电池安全方面起着关键作用。因此,电池盒应满足密封性、耐腐蚀性、耐振动性、耐冲击性和耐碰撞性浙江11选5开奖号码今天的功能。在降低电池外壳质量的过程中,可以选择高强度、低密度的材料来保证其基本的理化性能,同时降低其质量,以便在实践中应用。

                  1高强度钢

                  高强度钢是指屈服强度在210 ~ 550兆帕之间的钢,屈服强度超过550兆帕的钢称为超高强度钢。在强度相同的浙江11选五中奖奖金情况下,使用高强度钢可以有效降低零件厚度,实现轻量化。目前,Q235钢板是电动车电池壳的重要材料。特斯拉Model3车身底部的电池组基本采用超高强度钢包裹,一方面保证了车身结构的稳定性,另一方面保护了电池组的安全性。同时取消了专门用于保护电池组的结构,从而达到结构减重的目的。

                  2铝合金

                  铝合金密度低、强度高、冲击性能好、成型性好、耐腐蚀性好、易于回收。可加工最新浙江11选5加奖成各种型材,在工业上应用广泛,用途仅次于钢材。但是铝合浙江11选五乐选玩法金焊接工艺差,材料价格高,大概是钢材价格的三倍。因此,改进铝合金成型工艺,降低材料成本,可以促进轻量化电池外壳的发展。

                  3复合材料

                  复合材料是由两种或两种以上材料组成的新型材料浙江11选5遗漏号,它结合了每种材料的优点。它具有重量轻、强度和弹性模量高、耐腐蚀、耐磨等优点,在一些领域逐渐取代金属合金。

                  复合材料根据其结构浙江11选五任五一定牛特点可分为夹层复合材料和纤维增强复合材料,其中纤维增强复合材料应用最广泛,如碳纤维和环氧树脂复合材浙江11选5手机版走势图料。复合材料相对于一般钢件的重量损失在50%以上,相对于铝合金的重量损失要达到30%以上,对降低电池壳质量有明显的作用。

                  王家弄等人利用有限元软件对Q235钢和碳纤维/环氧树脂复合材料的结构强度进行了分析今天浙江11选5开奖结果比较,设计了合理的碳纤维/环氧树脂电池盒。结果表明,电池盒的承载能力没有降低,重量减轻了64%。但是碳纤维的使用要克服价格高的问题。同时,复合材料在电池壳中的应用是一个渐进浙江11选五开奖记录的过程,完全替代金属材料还不成熟。第三,优化电池系统设计

                  1采用轻质浙江11选5走势开奖图结构

                  通过对电池系统配件进行合理的结构设计,减少材料的使用,结合计算机辅助工程(CAE)仿真分析,在配件安全性能不变的情况下,达到轻量化的目的,如配浙江11选五口诀件的镂空、复合、减薄等,通过电池尺寸设计和电池重排,将更多的电池放置在相同体积的电池盒内,提高电池系统的能量密度。

                  比如大部分特斯拉ModelS的电池组都是16个小模块,而Model3长寿命版的电池组只有4个模块。更少的模块意味着更少的电浙江11选5任选三中奖奖金池组内部隔板、电池组BMS、线束和冷却管接口,这可以减轻电气部件和结构的重量。

                  2采用轻量化制造工浙江11选五开奖结果艺

                  制造工艺、材料、结构相辅相成,需要找到合适的先进技术共同实现轻量化。钢制零件可采用热成型技术。这项技术的重要之处是在加工前对钢进行加热,使其变成奥氏浙江11选五开奖图体。该技术高温冲压性能好,成形准确,无回弹,重量轻。

                  激光拼焊技术是将不同材料、涂层和厚度的钢或铝合金焊接成一个完整的零件,减少零件数量和材料消耗,实现轻量化装配工艺。因此,该技术已广泛浙江11选5开奖网站应用于制造过程中。

                  比如在特斯拉Model3电池组中,正负极连接片由整片改为设置在电池组两侧的树体彩浙江11选五开奖结果查询枝状连接片,而不是采用传统方式。也就是说,将原来的两面铝片改为一面,同时使用的铝片可以更薄更轻,在整个电池组层面上可以减轻几公斤的重量。

                  3D打印技术是以粉末状金属或塑料等粘性材料为原料,采用逐层打印浙江11选五开奖结果图库的方法来构造零件的技术。可以灵活使用不同的材料设计电池盒,提高电池盒的整体功能性,降低电池盒的整体质量。它的重要优点是缩短零件制造周期,降低生产成本,减浙江11选5任选三中奖奖金是多少少材料浪费,降低零件质量。但是目前的金属3D打印浙江11选五开奖依据是什么机技术还不够成熟,3D打印还是以塑料材料为主。

                  总结:

                  电动汽车的电池系统轻量化势在必行,可以通过提高单体电池的能量密度,降低电池系统的质量来实现。高能量密度电池研发的主导方向是用高容量正极材料、高容量负极材料制浙江11选5一定牛分布图备电池,用先进复合材料制备电池系统附件。然而,面对材料成本高、工艺不成熟的问题,必须加强技术改造,降低材料成本,提高材料利体彩浙江11选5开奖结果9月10日用率,开发更好的新材料,引进国际先进设备,掌握先进制造工艺。

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