日本无码免费高清在线|成人日本在线观看高清|A级片免费视频操逼欧美|全裸美女搞黄色大片网站|免费成人a片视频|久久无码福利成人激情久久|国产视频一二国产在线v|av女主播在线观看|五月激情影音先锋|亚洲一区天堂av

  • 手機(jī)站
  • 小程序

    汽車測(cè)試網(wǎng)

  • 公眾號(hào)

    • 汽車測(cè)試網(wǎng)

    • 在線課堂

    • 電車測(cè)試

LFP||Li固態(tài)電池體系的技術(shù)性經(jīng)濟(jì)評(píng)估

2021-09-16 10:48:32·  來(lái)源：能源學(xué)人  
　
【研究背景】電池需要進(jìn)一步降低成本以實(shí)現(xiàn)更廣泛的大規(guī)模市場(chǎng)應(yīng)用。近年來(lái)，電池主要具有兩個(gè)趨勢(shì)，（1）磷酸鐵鋰（LFP）作為電動(dòng)汽車（EV）的首選正極材料構(gòu)成
【研究背景】
電池需要進(jìn)一步降低成本以實(shí)現(xiàn)更廣泛的大規(guī)模市場(chǎng)應(yīng)用。近年來(lái)，電池主要具有兩個(gè)趨勢(shì)，（1）磷酸鐵鋰（LFP）作為電動(dòng)汽車（EV）的首選正極材料構(gòu)成的鋰離子電池；（2）具有鋰箔或無(wú)負(fù)極的鋰金屬電池作為傳統(tǒng)鋰離子負(fù)極的替代電池。鋰金屬負(fù)極能夠提供比石墨高得多的比能量，但一直受到低循環(huán)壽命的困擾。同時(shí)，相比NCA或NMC等富鎳正極材料，具有更低能量密度的LFP正極提供了改進(jìn)的熱安全性，避免了鎳和鈷供應(yīng)鏈挑戰(zhàn)，提供了更低的成本。
【成果簡(jiǎn)介】
鑒于此，美國(guó)卡內(nèi)基梅隆大學(xué)Venkatasubramanian Viswanathan（通訊作者）對(duì)LFP與Li金屬負(fù)極匹配（LFP||Li）的電池進(jìn)行了技術(shù)性經(jīng)濟(jì)評(píng)估?；谠摲治?，本文發(fā)現(xiàn)LFP||Li的電池組合，搭配氧化物固態(tài)電解質(zhì)和無(wú)負(fù)極的結(jié)構(gòu)，能夠提供20-25%的比能量增加和超過(guò)35%的能量密度增加，而使用較薄的鋰箔提供了約30%的比能量增加。同時(shí)，無(wú)負(fù)極的LFP||Li的電池組合比具有石墨負(fù)極的電池更低的電池成本。此外，LFP||Li電池組合的成本分別對(duì)無(wú)負(fù)極組合中固態(tài)電解質(zhì)的成本，和鋰箔組合中鋰箔的成本最為敏感。相關(guān)研究成果“The Iron Age of Automotive Batteries: Techno-economic assessment of batteries with lithium metal anodes paired with iron phosphate cathodes”為題發(fā)表。
【核心內(nèi)容】
一、技術(shù)經(jīng)濟(jì)評(píng)估
在過(guò)去十年中，鋰離子電池的制造成本顯著下降，搭配LFP正極的鋰離子電池的成本約為80美元/kWh，而搭配NMC和NCA電池的成本約為100美元/kWh。作者使用最近的活性材料價(jià)格作為成本模型的輸入，LFP成本建模框架中使用的2021年活性材料成本為7美元/千克，NMC-811為22.7美元/千克。目標(biāo)在于，首先量化當(dāng)用鋰金屬箔代替當(dāng)前石墨負(fù)極，以及由固態(tài)電解質(zhì)實(shí)現(xiàn)的無(wú)負(fù)極設(shè)計(jì)時(shí)比能量和能量密度的相對(duì)變化，并通過(guò)基于工藝的成本模型（PBCM）進(jìn)一步比較電池制造成本，其主要是針對(duì)LFP正極材料而言。
圖1a顯示了為電動(dòng)汽車（EV）設(shè)計(jì)的各種電池的比能量對(duì)比。鑒于LFP正極的比能量較低，由此構(gòu)成的電池比能量均低于NMC||Gr電池。由于鋰的高比容量，用厚度20µm~100µm之間的鋰箔組裝的LFP||Li-foil電池具有比LFP||Gr電池高30%以上的比能量。對(duì)于能量密度而言（圖1b），鋰箔存在相當(dāng)大的不確定性，箔的厚度可以顯著地導(dǎo)致能量密度在~495Wh/L和~590Wh/L變化。在沒(méi)有鋰箔的LFP||Li-AF情況下，能量密度顯著提升至600 Wh/L以上，表明相對(duì)LFP||Gr能量密度增加30%。LFP||Li-AF能量密度的不確定性來(lái)自固態(tài)電解質(zhì)的厚度，其被認(rèn)為限制在10µm至20µm之間。

圖1.不同搭配電池的能量密度和比能量。Gr表示石墨負(fù)極，LE表示液態(tài)電解質(zhì)，SE表示固態(tài)電解質(zhì)，AF表示無(wú)負(fù)極。
圖2中顯示了電池級(jí)制造成本估計(jì)的總結(jié)。目前使用LFP和NMC-811正極與石墨的鋰離子電池的成本估計(jì)分別約為90美元/千瓦時(shí)和95美元/千瓦時(shí)。鑒于電池級(jí)鋰箔的成本存在相當(dāng)大的不確定性，在樂(lè)觀的情況下，LFP||Li電池的成本可能高達(dá)160美元/千瓦時(shí)。類似地，對(duì)于LFP|SE|Li-AF，在固態(tài)電解質(zhì)成本約為1.5美元/m的樂(lè)觀情況下，電池制造成本可能約為70美元/kWh。
此外，PBCM能夠用于分析電池輸入變化的影響和敏感性，作為通過(guò)包含每個(gè)工藝的簡(jiǎn)單模型來(lái)構(gòu)建電池所需的材料成本，制造工藝和支出。為了分析鋰金屬無(wú)負(fù)極電池，在模型中還實(shí)現(xiàn)了對(duì)電池設(shè)計(jì)的必要改變，以包括固態(tài)電解質(zhì)的厚度和密度。典型PBCM中考慮的工藝包括材料制備，涂層，粘合劑和溶劑回收，分切等。使用縮放關(guān)系對(duì)這些過(guò)程進(jìn)行建模，縮放關(guān)系對(duì)每個(gè)過(guò)程進(jìn)行基線成本，根據(jù)體積對(duì)其進(jìn)行縮放，最終得到價(jià)格。

圖2. 四種電池的成本分析。
二、封裝因素
與基于富鎳正極的電池相比，LFP較高的安全性降低了電池的封裝成本，特別是與NMC或NCA相比，LFP帶來(lái)更大的熱穩(wěn)定性，允許其開(kāi)發(fā)大型電池，例如比亞迪已經(jīng)提出的電池。這使得電池的集成效率提高了40%。由于其高集成效率，比亞迪LFP電池具有最高的封裝能量密度。
【結(jié)論展望】
總而言之，本文基于詳細(xì)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析，發(fā)現(xiàn)將Li金屬與LFP正極配對(duì)可以縮小石墨/層狀氧化物正極電池的比能量和能量密度差距，同時(shí)為石墨/層狀氧化物正極之外的成本降低提供路徑。除了電池水平之外，利用LFP實(shí)現(xiàn)更高的電池到電池組裝效率，以及結(jié)構(gòu)化電池的可能性。這兩個(gè)因素以及通過(guò)將Li金屬與LFP配對(duì)而實(shí)現(xiàn)的化學(xué)改進(jìn)可能是市場(chǎng)電動(dòng)汽車有吸引力的候選電池。
Shashank Sripad, Alexander Bills, Venkatasubramanian Viswanathan*，The Iron Age of Automotive Batteries: Techno-economic assessment of batteries with lithium metal anodes paired with iron phosphate cathodes, https://ecsarxiv.org/fx4p9/ 
分享到：
 
反對(duì) 0 舉報(bào) 0 收藏 0 評(píng)論 0
滬ICP備11026917號(hào)-25