자동차 배터리 분야에서 납산을 대체하는 리튬 배터리의 전망 분석

납축 배터리는 현재 자동차에서 SLI의 주요 전원이며 다른 많은 응용 분야에도 적용되었습니다. 납축 배터리 대신 SLI 배터리로서 리튬 배터리의 장점은 주로 더 긴 수명과 높은 에너지 밀도에 있습니다. 안전 측면에서 차량의 제한적 재료 사용에 대한 새로운 유럽 배터리 규정과 비용, 설계 및 테스트 사양이 고려됩니다. 두 배터리의 수명주기와 재활용도 고려됩니다.

1. 배터리 교체

수년에 걸쳐 납축 배터리의 화학 및 제조 표준은 완전히 새로운 배터리 시스템을 재 설계하는 대신 첨가제를 조정하고 기존 제조 공정을 개선함으로써 상대적으로 빠르게 새로운 전력 요구 사항과 과제에 맞게 조정되었습니다. 1960 년대에는 납산 SLI 배터리의 수명이 약 3 년이었고 2015 년에는 전력 및 애플리케이션 요구 사항이 증가함에 따라 배터리 수명이 5 년 이상 지속될 수 있습니다.

납축 배터리는 주로 저온 ICE 시동에 필요한 높은 전류, 고온 사이클 내구성, 상대적으로 높은 안전성 및 상대적으로 낮은 비용을 충족 할 수 있기 때문에 시장 점유율을 유지해 왔습니다. 이 시장에 참여할 계획이라면 새로운 배터리 기술이 직면해야하는 과제입니다. 최근 몇 년 동안 화학 및 제조 측면에서 리튬 배터리의 안정성이 크게 향상되고 비용이 지속적으로 절감되었으며 성능이 지속적으로 향상되었습니다. 넓은 의미에서 납축 배터리와 비교하여 현재 리튬 이온 SLI 배터리의 주요 장점은 높은 에너지 밀도와 긴 수명입니다.

리튬 이온 SLI 배터리는 기존 납산 SLI 배터리와 성능이 비슷하며 리튬 이온 SLI 배터리의 안정성을 평가하기위한 추가 테스트가 도입되었습니다. 과충전 보호, 압착 또는 펑크 유형 파괴 테스트, 연속 저온 방전 및 충전, 리튬 증착의 영향 평가와 같은 엄격한 안전 조치를 포함합니다.

2. 리튬 이온 배터리의 안전 설계

리튬 이온 SLI 배터리 개발의 주요 과제는 배터리가 남용 또는 노화 조건에서 얼마나 안전하고 열 폭주가 발생할지 여부입니다. 이러한 상황을 방지하기 위해 많은 테스트가 수행되었지만 모든 상황을 예측할 수있는 것은 아닙니다. 사고로 인해 차량 내부에 과도한 손상이 발생하여 외부 또는 내부 화재로 인해 배터리가 타 버릴 수 있으므로 예방 조치를 취하면 손상된 배터리로 인해 더 이상 스파크가 발생하지 않아 화재 확산을 줄일 수 있습니다. 사고. 또한 배터리의 고유 한 요인은 노화로 인해 발생할 수있는 내부 단락 (ISC)입니다. 리튬 덴 드라이트의 형성과 같은 일부 일반적인 조건은 다이어프램을 관통하여 단락을 일으켜 열로 인해 다이어프램이 수축되고 대 면적 단락을 유발합니다. 표준화 된 배터리 테스트의 또 다른 문제는 리튬 이온 배터리의 외부 구조가 원통형, 파우치 (소프트 팩) 또는 사각형 일 수 있다는 것입니다. 따라서 각 배터리 유형에는 다른 기계적 테스트 절차가 필요합니다. 이러한 기술은 안전 테스트와 리튬 이온 SLI 배터리 간의 상관 관계를 이해하는 데 사용할 수 있습니다.

3. SLI 배터리 설계

SLI 배터리 설계에는 선택할 수있는 다양한 전극 재료와 배터리 조합이 있습니다. 그러나 전체 배터리 전압이 일반적인 12V로 제한되면이 경우 기존 납축 ​​배터리를 교체 할 수 있습니다. 현재 직렬로 연결된 몇 개의 배터리 만 올바른 배터리 전압에 도달 할 수 있습니다.

12V에 가까운 배터리 전압을 얻기위한 요구 사항 외에도 소비자 시장에서 쉽게 사용할 수있는 것과 같은 다른 요소를 고려해야합니다. 표준 납축 배터리와 비교하여 이러한 재료는 비용 경쟁력있는 SLI 배터리를 만들 수 있습니다. 리튬 이온 배터리의 양극 재료는 층상, 스피넬 및 감람석 유형으로 나눌 수 있습니다. 양극 재료는 주로 탄소입니다. 정확한 배터리 전압과 전력 용량을 제공하기 위해 양극과 음극 물질의 호환성을 고려하는 것 외에도 리튬 이온 배터리의 첫 번째 중요한 구성 요소는 전해질입니다. 대부분의 상용 배터리의 경우 유기 액체 전해질이 용해성 리튬 염과 함께 사용되어 필요한 리튬 이온 전도도를 제공 할 수 있습니다. 현재 사용되는 가장 일반적인 염은 LiPF6입니다.

BEV에서는 12V 리튬 이온 SLI 배터리를 사용하여 차량이 운전 중이 아닐 때 차량의 온보드 전자 시스템을 유지할 수 있습니다. 이 애플리케이션에서 납산 SLI 배터리를 사용하는 것은 일반적으로 고전력 용으로 설계 되었기 때문에 이상적이지 않으며, 저 전류 방전의 애플리케이션 시나리오에 반드시 적합하지는 않습니다. 이와 관련하여 리튬 이온 SLI 배터리는 납산 SLI 배터리의 단점을 보완합니다.

4. 배터리 밸런스 및 배터리 관리 시스템 (BMS) 설계

납산 SLI 배터리와 달리 리튬 이온 배터리 기술의 과제는 충전 효율이 95 %에 가깝고 배터리 전압 범위 내에서 엄격하게 작동해야한다는 것입니다. 리튬 이온 배터리를 직렬로 조립하고 충전하면 배터리 전압 창 밖으로 쉽게 표류 할 수 있으며 활물질은 비가역적인 상 변화를 경험할 수 있으며 전해질이 분해되기 시작할 수 있습니다. 이것은 차례로 배터리의 내부 저항을 증가시켜 배터리의 불균형 효과를 증가시킵니다. 따라서 개별 배터리 팩의 배터리 관리 및 모니터링은 리튬 이온 모듈의 표준 관행이되었으며 일반적으로 배터리 상자 하우징에 내장되어 있습니다. 시장에는 많은 수의 BMS 시스템이 있으며 그 중 상당수는 특정 리튬 이온 배터리 화학 물질에 맞게 제작되었습니다. 가장 간단하고 비용 효율적인 충전 방법은 시리즈 배터리 팩의 충전을 제한하는 것입니다. 더 나은 방법은 배터리가 상한 전압 한계에 도달하면 배터리간에 에너지를 재분배하여 단일 배터리가 과충전되어 안전 문제를 일으키는 것을 방지하는 것입니다.

5. 배터리 비용

기존 기술과 비교할 때 리튬 이온 SLI 배터리의 주요 과제 중 하나는 소비자에게 경쟁력있는 가격을 제공하는 것입니다. 연구원들은 리튬 이온 배터리 제조의 가치 사슬 문제를 연구하기 위해 열심히 노력하고 있습니다. 현재 배터리 비용의 거의 60 %가 집 전체, 분리막 및 배터리 케이스와 같은 비활성 물질로 구성되어있는 것으로 간주됩니다. 추가 비용은 고체 전해질 간기 (SEI)에서 발생합니다. ) 형성 과정에서 소비 된 시간과 에너지.

6. 정책 및 입법

기술의 주요 동인은 일반적으로 보건 및 안전과 관련된 특정 국내 및 국제 정책과 그 뒤를 잇는 법률을 수반합니다. 여기에는 일반적으로 인간과 환경에 유해한 것으로 간주되는 특정 화학 물질 또는 화학 액세서리의 사용이 포함됩니다. 특히 이러한 유해 물질을 차량에 사용하는 경우 설계 개념은" 녹색 재활용"을 달성 할 수 있어야합니다. 즉 분해하여 다양한 재료를 재사용, 재활용 또는 안전하게 폐기 할 수 있어야합니다. 환경을 오염시키지 않고

7. 규격 및 사양

수십 년에 걸쳐 차량용 SLI 배터리를 포함하여 거의 모든 배터리 애플리케이션의 성능과 안전성에 적응하기 위해 사양과 표준이 등장하고 점차 개발되었습니다. 반면에 특정 국가 또는 지역의 법률은 일반적으로 커뮤니티 및 환경의 안전과 건강에 직접적인 영향을 미치는 특정 요구 사항을 처리 할 때 표준을 참조 할 수 있습니다. 미국 고급 배터리 연합 (USABC)은 미국 에너지 부 (DoE)의 배터리 테스트 매뉴얼 (개정 2)을 작성했습니다.

8. 배터리 재활용

현재 리튬 이온 배터리 재활용에있어 일정한 힘을 가진 회사입니다.

위의 내용은 일부 대기업이 리튬 이온 배터리의 기존 산업 규모 재활용 프로세스에 적극적으로 참여하고 있음을 요약합니다. 신흥 재활용 산업의 재활용 능력은 향후 7 ~ 10 년 동안 최소 5 배 증가 할 것입니다.

9. 결론 및 전망

이 기사에서는 납산 SLI 배터리를 리튬 이온 SLI 배터리로 교체하는 몇 가지 요소를 요약합니다. 이는 향후 몇 년 안에 점진적으로 진행될 것입니다. 재생 가능 에너지 시스템 스토리지의 대규모 사용으로 납축 배터리 사용이 계속 증가 할 것이며 리튬 이온 SLI 배터리의 초점은 유럽에 위치한 중고급 ICE 차량에 사용될 것입니다. 아시아와 미국에 있습니다. 작고 저렴한 많은 ICE 차량의 경우 배터리 교체 비용이 항상 결정적인 요소가되기 때문에 납산 SLI 배터리가 계속 사용됩니다. 또한 글로벌 소비자 시장은" 순환 경제" 환경 폐기물을 줄이는 동시에 원료의 재활용을 늘리는 데 중점을 둘 제품입니다. 리튬 이온 배터리의 재활용은 아직 초기 단계이지만 중국, 일본 및 기타 국가에서는 이미 주요 이니셔티브를 수행했습니다. 미국, 호주 및 유럽 국가는 모두 리튬 이온 배터리에서 재료를 재활용하는 새로운 기능을 시연했습니다. 이러한 재활용 프로세스는 향후 5 년에서 5 년 내에 이루어질 것입니다. 10 년 만에 완벽합니다.