ブレードバッテリーとリン酸鉄を駆動するCTP方式

ଲେଖକ: ଆଇଫ୍ଲୋପାୱାର - Soláthraí Stáisiún Cumhachta Inaistrithe

1、リン酸鉄リチウムイオン電池はコストと安全性の優位性がある 1.1LFPは数多くの正極材料の中で価格が安く安全性が強いため、リチウムイオン電池における正極材料は電池全体のコストの40％以上を占めており、現在の技術条件下では電池全体のエネルギー密度は正極材料にとって重要であるため、正極材料はリチウムイオン電池の核心開発です。 現在成熟した用途の材料には、リチウムコバルト有機酸塩、リチウムニッケルコバルトマンガン酸、リチウム鉄リン酸、マンガン酸が含まれます。

リチウム。 （１）コバルト酸リチウム：層状構造とスピネル構造があり、一般的には層状構造で、理論容量は270mAh/gで、リチウム層状構造は携帯電話、模型、車両模型、電子タバコ、スマートウェアなどのデジタル製品に重要です。 1990年代にソニーはコバルト酸リチウムを初めて使用し、初の商用リチウムイオン電池を生産しました。

我が国のコバルトコバルト酸製品は、基本的に日本、ライスケミカル、清美化学、ベルギー5,000などの外国メーカーによって独占されています。 2003年のプロモーションを皮切りに、2005年に国内初のコバルト酸塩のプロモーションを開始し、2009年には韓国と日本への輸出を実現しました。 2010年に中国で初めて主要事業で資本市場にログインした企業となった。

2012年、北京大学が初めて、天津バモが第1世代の4.35V高電圧コバルト酸塩製品を発売しました。 2017年、湖南山野、厦門タングステン工業は4を立ち上げました。

45V高電圧リチウム電池。 コバルト酸リチウムのエネルギー密度と圧縮密度は基本的に限界まで達しており、比容量は理論容量と比較されますが、現在の化学システム全体、特に高電圧システムの電解質の限界によるものです。 分解しやすいので、充電遮断電圧を上げる方式でさらに制限され、電解液技術が破壊されると空間エネルギー密度が高くなります。

（２）ニッケル酸リチウム：一般的に環境に優しく、コストが低い（コストはコバルト酸リチウムのわずか2/3）、安全性が良好（安全な作業温度は170℃に達する）、寿命が長い（45％延長）などの利点があります。 2006年、深セン天郊、寧波金などが先頭に立って333、442、523システムの三元材料を発売した。 2007年から2008年にかけて、コバルト金属の価格が大幅に上昇し、コバルト酸リチウムとニッケルコバルトマンガン酸リチウム材料の普及を促し、わが国におけるリチウム商用市場の応用を促進し、第一の役割を果たしました。

ブレイクアウト期間。 2007年、貴州振華はニッケル酸リチウム材料の単結晶タイプ523システムを発売しました。 2012年、厦門タングステンが日本市場に輸出。

2015年、政府の補助金政策により、リチウムニッケル水系セラミック材料が第2次流行期を迎えました。 現在、リチウムモノサイトニド-コバルト-マンガン酸は、製品のエネルギー密度を向上させるために重要であり、製品のエネルギー密度を向上させますが、これは電解質関連の補助材料とリチウムイオン電池メーカーにさらに高い要求を提示する能力です。 （３）マンガン酸リチウム：スピネル構造と層状構造があり、一般的にはスピネル構造がよく用いられる。

理論容量は148mAh/g、実容量は100～120mAh/gで、容量が良好、構造が安定、低温性能が優れているなどの特徴があります。 しかし、結晶構造が歪みやすく、容量の減衰やサイクル寿命の短縮を引き起こします。 重要なアプリケーションは、セキュリティ要件と高コスト要件が高いですが、エネルギー密度とサイクル要件のある市場です。

小型通信機器、充電宝物、電動工具や電動自転車、特殊シーン（炭鉱など）など。 2003年に国産マンガン酸塩の工業化が開始されました。 雲南省の匯龍と楽国利が最初に低価格市場を獲得し、済寧の無限、青島の乾式輸送などのメーカーが徐々に追加し、生産能力、流通、強力な製品の多様化開発により、さまざまな用途の市場に対応しました。

2008年、Legliはリチウムマンガン酸リチウムイオン電池を電気乗用車に応用することに成功しました。 現在、マンガン酸のローエンド市場は、通信用電池、ノートパソコン用電池、デジタルカメラ用電池、ノートパソコン用電池、デジタルカメラ用電池に使用されることが重要です。 ハイエンド市場は自動車市場に代表され、三元材料技術の継続的な発展に比べてバッテリーの性能要求が高く、車両における市場シェアは継続的に減少しています。

（4）リン酸リチウム：一般的に安定したオリビン骨格構造を持ち、放電容量は理論放電容量の95％以上を達成でき、安全性能が優れ、過充電が非常に良好で、サイクル寿命が長く、価格が安い。 しかし、エネルギー密度の制限を解決するのは難しく、電気自動車のユーザーはバッテリー寿命を継続的に改善してきました。 1997年にオリビン型リン酸鉄リチウムが正極材料として初めて報告されました。

北米のA123、フォステック、ヴァレンスは先に量産化を達成したが、国際新エネルギー自動車市場が期待通りでなかったため、残念ながら倒産したり、生産中止になったりした。 台湾の利開電力、大同セールなど 2001年に我が国はリン酸鉄リチウムの材料開発を開始しました。

現在、我が国のリン酸基含有材​​料の研究と産業の発展は世界の最前線にあります。 1.2 リン酸鉄リチウムイオン電池の動作メカニズム オリビン型構造材料は、六角形の密な積み重ね配置で、リン酸鉄リチウム正極材料の格子では、Pが八面体の位置を支配し、八面体の空隙位置はLiとFEで満たされ、結晶八面体と四面体が一体化した空間構造を形成し、各点の密接な接触で鋸歯状の平面構造を形成します。

リン酸イオン電池の正極はオリビン構造のLiFePO4で構成され、負極はグラファイトで構成され、中間体はポリオレフィンPP / PE / PPダイヤフラムで、正極と負極を隔離し、電子を防ぎ、リチウムイオンを通過させます。 充電および放電の際、リン酸鉄リチウムイオン電池のイオンはイオンであり、電子は次のように失われます。充電：LIFEPO4-XE-XLI + → XFEPO4 + (1-x) LifePO4 放電：FePO4 + XLI + XE → XLifePO4 + (1-x) FePO4 充電時には、リチウムイオンが正極から負極に除去され、電子は外部回路から正極から負極に移動され、正極と負極の充電バランスが確保され、リチウムイオンが負極から除去され、正極が電解質に埋め込まれます。 この微細構造により、リン酸リチウム イオン バッテリーは優れた電圧プラットフォームと長寿命を実現します。バッテリーの充電および放電中、正極は傾斜した LiFePO4 と六方晶 FEPO4 の間にあります。

遷移、FEPO4とLifePO4は200°C以下で固体溶融物の形で共存するため、充放電中に顕著な二相転換点がなく、そのため、リチウムイオン電池の充放電電圧プラットフォームが長いです。また、充電プロセス完了後、正極FEPO4の体積は6.81％減少するだけですが、炭素負極は充電プロセス中にわずかに膨張し、体積が変化して使用され、内部構造を支え、そのため、リチウムイオン電池は充放電プロセスで発揮します。 サイクル安定性が良好で、サイクル寿命が長くなります。

リン酸鉄リチウム正極材の理論容量は1グラムあたり170mAです。 実際の容量は1グラムあたり140mAです。 振動密度は0です。

1立方センチメートルあたり9～1.5個、電圧は3.4Vです。

リン酸鉄リチウム正極材料は、優れた熱安定性、安全性、信頼性、低炭素環境保護を反映しており、大型バッテリーモジュールの好ましい正極材料です。 しかし、リン酸鉄リチウム正極材料の体積密度は低く、体積エネルギー密度も高くないため、応用範囲が限られています。 リン酸鉄リチウム正極材料の応用上の制限については、関係者は、高価な金属カチオンをドープする高価な金属カチオンドーピング方法によって、そのような材料の導電性を向上させることができる。

リン酸鉄リチウムは開発期間を経て徐々に発展し、電気自動車分野、電動自転車分野、移動式電源設備、エネルギー貯蔵電源分野など、多くの分野で広く使用されています。 リン酸鉄リチウム正極材料は、サイクル寿命が短く、資源が豊富で、価格が安いなど、独特の利点があり、特に電動乗用車、特に電動乗用車、特に電動乗用車の分野で広く使用されています。 しかし、リン酸鉄リチウム正極材料はオリビン結晶構造を欠いており、電気伝導性が低い、リチウムイオン拡散係数が小さいなどの欠点があります。

これにより、エネルギー密度が低下し、耐熱性が低下し、エラーパフォーマンスなどが低下します。 適用範囲が限定されます。 欠点を改善する重要な表面クラスの変更、重要な相のドーピングの変更など。

近年、わが国の動力付きリチウムイオン電池市場は爆発的な成長を遂げており、電池技術がその中核的な競争力となっています。 現在、動力用リチウムイオン電池としては、リン酸鉄リチウムイオン電池、マンガン酸リチウムイオン電池、三次元イオン電池などが重要視されています。 表 2 は、さまざまなタイプのリチウムイオン電池の性能を比較したものです。DOD は放電深度です。

リン酸鉄リチウムイオン電池は、わが国のリチウムイオン電池材料産業の半万江山を支えており、各種電池においてかなりの利点を持っています。リン酸鉄リチウムイオン電池は寿命が長く、発熱量が少なく、熱安定性が良好で、環境安全性も良好です。 リン酸リチウムイオン電池は、より安価で安定した性能を有することから電気乗用車に応用されており、市場シェアは上昇傾向にあります。 この材料には、安全性が高く、サイクル寿命が長く、コストが低いなどの利点があります。

は、主な正極材料です。 ナノ化学と表面炭素被覆により、より大きな電力放電の性能が実現され、炭素被覆サンプルは慎重に行われず、我が国は世界最大規模の生産を達成しました。 2、寧徳時代とBYDがCTP方式を主導し、BYDのコストをさらに引き下げる 王伝福会長は、BYDが電気自動車に参入する際、新世代のリン酸鉄イオン電池「ブレード電池」を開発し、この電池は今年生産される予定である「ブレード電池」は、従来の鉄電池より50％も高くなり、安全性が高く、使用寿命が長く、走行距離は数百万キロに達し、エネルギー密度は180Wh / kgに達し、従来に比べて約9％の増加で、NCM811の三元系リチウムイオン電池と比べても遜色なく、リン酸鉄リチウム電池のエネルギー密度が低い問題を解決できると述べた。

このバッテリーは、今年6月に発売が予定されているBYDの新車「Han」に搭載される予定だ。 ブレードバッテリーとは何ですか？実は、長いバッテリー方式（重要な指の形をしたアルミシェル）です。 バッテリーの長さを長くすることで（最大長はバッテリーパックの幅に相当）、バッテリーパックの組み立て効率をさらに向上します。

特定のサイズのバッテリーではありませんが、さまざまなニーズに基づいて、さまざまなサイズの一連のバッチを形成できます。 BYD特許の説明によると、「ブレードバッテリー」はBYDの新世代リン酸イオンバッテリーの名称です。 BYDは長年「過リン酸イオン電池」を開発してきました。

ブレードバッテリーは、実際にはBYDの長さが600mm以上2500mm以下であり、バッテリーパックに挿入された「ブレード」の配列に配置されています。 「ブレード バッテリー」のアップグレードの焦点は、バッテリー パック (つまり、CTP テクノロジ) であり、これはバッテリー パック (つまり、CTP テクノロジ) に直接統合されたバッテリー パック (つまり、CTP テクノロジ) です。 ブレードバッテリーパックは、バッテリーパックの構造を最適化することで最適化され、バッテリーパック以降の効率が向上しますが、モノマーのエネルギー密度にはあまり影響しません。

バッテリーパック内の配置とセルのサイズを定義することで、バッテリーパック内にバッテリーパックを配置することができます。 バッテリー パック ハウジング内に直接収容されたモノマー バッテリーは、モジュール フレームワークによって最適化されます。 一方では、バッテリーパックハウジングやその他の放熱部品を通して熱を放散しやすく、他方では、有効空間内により多くの注文を配置することができます。

本体バッテリーは、体積利用率を大幅に向上させることができ、バッテリーパックの製造プロセスが簡素化され、ユニットセルの組み立て複雑さが低下し、製造コストが下がり、バッテリーパックとバッテリーパック全体の重量が軽減され、バッテリーパックの軽量化が実現されます。 軽量。 電気自動車のバッテリー寿命に対するユーザーの要求が次第に高まるにつれて、スペースが限られている場合、ブレードバッテリーパックは、一方では、パワーリチウムイオンバッテリーパックの空間利用率、新たなエネルギー密度を向上させることができ、他方では、モノマーバッテリーが十分に大きな放熱面積を持ち、それを外部に伝導してより高いエネルギー密度に対応できることを保証できます。

専門技術者の説明によると、周辺部品がバッテリーの内部空間を占有する（底部の耐攻撃空間、液体冷却システム、断熱材、絶縁保護、熱安全アクセサリ、列の空気通路、高電圧配電モジュールなど）などの特定の要因により、空間利用率のピーク値は通常約 80% ですが、市場での平均空間利用率は約 50% で、40% 程度まで下がることもあります。 下図に示すように、モジュールを最適化することで、構成部品の空間利用率（電池パックのセル容積と壁紙容積）を効果的に向上させ、比較例１の空間利用率は５５％、実施例１～３の空間利用率はそれぞれ５７％／６０％／６２％であった。比較例２の空間利用率は５３％、実施例４～５の空間利用率はそれぞれ５９％／６１％であった。

最適化の度合いは異なりますが、空間利用率のピークからはまだ一定の距離があります。 BYD のバッテリーモジュール内の放熱性能は、サーマルプレート (図左下) の設定によって制御されます。 218)と熱交換プレートは、ユニットセルの放熱を確保し、複数のモノマー電池間の温度差が大きくなりすぎないようにする。

熱伝導板は、熱伝導率のよい銅やアルミニウムなどの熱伝導率のよい材料で作ることができる。 熱交換プレート（右下図） ２１９）には冷却剤が設けられており、モノマー電池の冷却は冷却剤によって達成され、モノマー電池が適切な動作温度に保たれる。

熱交換プレートにはモノマー電池と熱伝導プレートが設けられるので、モノマー電池を冷却剤で冷却する際に、熱交換プレート間の温度差を熱伝導プレートでバランスさせ、複数のモノマー電池を遮断することができる。 温度差1℃以内コントロール。 比較例４及び実施例７～１１のモノマー電池を２Ｃで急速充電し、急速充電中のモノマー電池の温度上昇を測定した。

それは表のデータからわかります。 特許取得済みのモノマー電池では、同じ条件の急速充電において、温度上昇の低減度合いが異なり、放熱効果が優れているため、セルモジュールを電池パックに装着すると、電池パックの温度上昇が電池パック内で減少します。 「ブレードバッテリー」やCTPテクノロジーと同様のユーティリティもあります。

CTP（CELLTOPACK）テクノロジーは、バッテリーフリーグループ、直接統合バッテリーパックを実現します。 2019年、寧徳時代はCTP技術を使用しない新型バッテリーパックの使用を先導しました。 CTPバッテリーパックの体積利用率は15％～20％増加し、部品数は40％削減されることが示されています。

生産効率が50%向上します。 アプリケーションに投資すると、パワーリチウムイオン電池の製造コストが大幅に削減されます。 BYDは2020年までにリン酸モノマーのエネルギー密度が180Wh/kg以上に達し、システムエネルギー密度も160Wh/kg以上に増加すると計画している。

Ningde Times の CTP 技術には、バッテリー パックに適合するバッテリー パックが付属しています。 軽量化により、車両全体のバッテリーパックの接続強度が向上します。 その利点は、次の 2 点が重要です。1) CTP バッテリー パックは標準モジュールの制限がないため、さまざまなモデルで使用できます。

2) 内部構造が削減され、CTP バッテリー パックは体積利用率を高めることができ、システムのエネルギー密度も間接的になり、その放熱効果は現在の小型モジュール バッテリー パックよりも高くなります。 CTP技術では、寧徳時代はバッテリーモジュールの分解の利便性に注目し、BYDはモノマーバッテリーのさらなる搭載と空間利用にもっと関心を寄せています。 3、ブレードバッテリーとCTP方式により15%削減できます。

私たちは、Guoxuan のハイテクのリチウムイオン電池を研究対象として選択しました。 バッテリーコストはLFPバッテリーに比べて高くなります。 「2019年9月17日」の「国家ハイテク公共配給コスト連盟審査委員会の書簡に関する通知」によると、国軒ハイテクの2016-2017モノリシックリン酸リチウムイオン電池は2から。

06元/wH、1.69元/wH、1.12%/wH、1。

00元/WHの場合、対応する粗利益率は48.7%、39.8%、28.

それぞれ8%と30.4%でした。 したがって、上記の 2 つのデータに基づいて、LFP バッテリーの製造コストを計算できます。

2016年は1.058元/WH、2019年上半期は0.7元/WHを下回っています。

重要なのは、原材料コストが2016年の0.871元/WHから2019年上半期には0.574元/WHに下がり、絶対的に0.0 ...

3元/WH、34％に関連しています。 分類別にみると、製造総コストのうち原材料費は2016年以降安定している一方、エネルギー費、人件費、製造費が約6％を占めています。 原材料費の分割を継続し、原材料に占める正極と隔膜の割合が大きく、約10％、負極、電解液、銅箔、アルミシェルカバー、BMSコスト、BMSであることがわかりました。

大体7%から8%で、電池ボックスとメチル基がそれぞれ5%程度、残りのパックとその他のコストがコストの約30%を占めます。 LFP バッテリーでは、原材料のコストが 3 つの主要なブロックに分けられ、そのうちの 1 つは 4 つの主要な原材料 (正極、負極、隔膜、電解質) であり、総コストが約 35% を占め、パックが 30% を占め、その他の原材料とコンポーネントの余剰が 35% であることがわかります。 上記の情報に基づいて、コスト測定の仮定を次のように設定します。1) ブレード バッテリーの容積は、エネルギー密度よりも約 50% 高くなります。

充電量が一定の場合、体積は約3分の1以上減少し、アルミシェルカバーが駆動します。 1) パックコストは 33% 低下すると想定 2) プロセスの最適化と部品の削減により、エネルギー、人工、製造コスト、BMS が低下し、20% 低下すると想定 3) さらに原材料 (正極、負極、隔膜、電解質、銅箔、メチルエチルケトン、電池ケースを含む) 価格が 20% 低下すると想定すると、LFP 製造の総コストは 0.696 元 / WH から 24 元 / WH に低下する可能性があります。

3%上昇して0.527元/WH。 4) さらに、会社の粗利益率を考慮して実際の販売価格を取得すると、図35に示すように、ブレードバッテリーとCTP方式は商用車でのみ主導権を握りますが、BYDはブレードバッテリー方式が漢江で商業的に使用されると発表しましたが、商用車はまだ使用される方法になります。

BYDが自社の乗用車で商業的に利用されるのは、新しい技術が商用車で頻繁に進歩し、乗用車はより慎重になるという一般的な産業論理を打ち破ることだと考えています。 BYDは自社の車にブレードバッテリーを採用しており、これは間違いなく乗用車の普及のスピードにある。 実は、ブレード電池とCTP方式は同じであり、モノマー電池が大きい一方で、コストをさらに削減するために、リン酸鉄リチウムが好まれています。

2019年を基準にすると、CTP方式を採用した第一線機械工場が多数試験に合格しており、2020年にはこの技術が採用されると予想されます。 上記の仮定に準じて計算すると、10メートル以上ではバッテリーコストが30％削減され、バッテリーコストが225,000から158,000に削減されます。 補助金がなければ粗利益率は維持できる。

2020年リン酸鉄のタミテのバッテリーは商用車向けにさらに強化されるものと期待しています。 投資の観点から見ると、上流のリン酸塩を配置し、下流の事業車両の収益性を限界的に改善します。 リン酸鉄リチウム全体の上流は3年間のシャッフルを経ているため、業界の集中度は高いです。

産業チェーンでは、サプライヤーが 10 社に達すると、すでに集中度が非常に高く、安定した出荷サードパーティのサプライヤーは 3 ～ 4 社しかありません。 したがって、私たちはリードロードが有益であると信じています。 提案: German nano、Guoxuan high-tech、BYD、Yutong Bus。

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