Veiksniai, turintys įtakos ličio{0}}jonų akumuliatorių greitam įkrovimui
Kiekviena ličio baterija turi optimalią įkrovimo srovės vertę pagal skirtingus būsenos ir aplinkos parametrus. Tada, žiūrint iš akumuliatoriaus struktūros, kokie veiksniai turi įtakos šiai optimaliai įkrovimo vertei.
Mikroskopinis įkrovimo procesas
Lithium batteries are known as "rocking chair" batteries, in which charged ions move between positive and negative electrodes to transfer charges to power external circuits or charge from an external power source. In the specific charging process, the external voltage is applied to the two poles of the battery, and the lithium ions are deintercalated from the positive electrode material and enter the electrolyte. At the same time, excess electrons are generated through the positive electrode current collector and move to the negative electrode through the external circuit; lithium ions are in the electrolyte. It moves from the positive electrode to the negative electrode, and passes through the separator to the negative electrode; the SEI film passing through the surface of the negative electrode is embedded in the graphite layered structure of the negative electrode and combines with electrons.
Akumuliatoriaus struktūra (elektrocheminė ar fizinė), kuri turi įtakos įkrovos perkėlimui joninio ir elektroninio veikimo metu, turės įtakos greito įkrovimo veikimui.
Greitas įkrovimas, reikalavimai kiekvienai akumuliatoriaus daliai
Jei norite pagerinti baterijų galią, turite sunkiai dirbti su visais akumuliatoriaus aspektais, įskaitant teigiamus elektrodus, neigiamus elektrodus, elektrolitus, diafragmas ir konstrukcijos dizainą.
teigiamas elektrodas
Tiesą sakant, beveik visų rūšių katodinės medžiagos gali būti naudojamos greitai{0}}įkraunamoms baterijoms gaminti. Pagrindinės savybės, kurias reikia garantuoti, yra laidumas (sumažinti vidinį pasipriešinimą), difuzija (garantuoti reakcijos kinetiką), ilgaamžiškumas (nereikia paaiškinti), saugumas (nereikia paaiškinimo), tinkamas apdorojimo efektyvumas (specifinis paviršiaus plotas neturėtų būti per didelis, kad sumažintų pašalines reakcijas ir tarnautų saugumui).
Žinoma, kiekvienos konkrečios medžiagos problemos, kurias reikia išspręsti, gali būti skirtingos, tačiau mūsų įprastos katodinės medžiagos gali atitikti šiuos reikalavimus atlikus daugybę optimizacijų, tačiau skirtingos medžiagos taip pat skiriasi:
A. Ličio geležies fosfatas gali skirti daugiau dėmesio elektros laidumo ir žemos temperatūros problemoms spręsti. Anglies danga, saikingas nano-izavimas (atkreipkite dėmesį, kad jis saikingas, tikrai ne paprasta smulkesnio logika) ir joninių laidininkų formavimas dalelių paviršiuje yra tipiškiausios strategijos.
B. Pačios trijų komponentų medžiagos elektrinis laidumas yra gana geras, tačiau jos reaktyvumas per didelis, todėl trinarė medžiaga retai būna nano{0}}dydžio (nano-chemikalai nėra priešnuodis medžiagų eksploatacinės savybės, ypač baterijų srityje.. Kartais būna daug neigiamų poveikių), o daugiau dėmesio skiriama saugai ir šalutinių reakcijų slopinimui (su elektrolitu), juk vienas iš pagrindinių dabartinių trijų komponentų medžiagų. yra sauga, o pastaruoju metu dažnos baterijų saugos avarijos taip pat yra susijusios su šiuo klausimu. kelia aukštesnius reikalavimus.
C. Ličio manganatas daugiau dėmesio skiria gyvybei. Šiuo metu rinkoje yra daug ličio manganato serijos greitai{0}}įkraunamų baterijų.
neigiamas elektrodas
Įkraunant ličio{0}}jonų bateriją, ličio kiekis migruoja į neigiamą elektrodą. Dėl didelio potencialo, kurį sukelia didelė greitojo įkrovimo srovė, neigiamas elektrodo potencialas bus neigiamas. Šiuo metu padidės neigiamo elektrodo slėgis greitai priimti litį ir padidės polinkis generuoti ličio dendritus. Todėl neigiamas elektrodas turi atitikti ne tik ličio difuzijos reikalavimus greitojo įkrovimo metu. Todėl pagrindinis greito įkrovimo elementų techninis sunkumas iš tikrųjų yra ličio jonų įterpimas į neigiamą elektrodą.
A. Šiuo metu rinkoje dominuojanti neigiamų elektrodų medžiaga vis dar yra grafitas (sudaro apie 90 proc. rinkos dalies). Nėra jokios kitos esminės priežasties - pigumas, o visapusiškas grafito apdorojimo efektyvumas ir energijos tankis yra gana geri, o trūkumų yra palyginti nedaug. . Žinoma, problemų turi ir grafito neigiamas elektrodas. Jo paviršius yra jautrus elektrolitui, o ličio interkalacijos reakcija turi stiprią kryptingumą. Todėl iš esmės būtina atlikti grafito paviršiaus apdorojimą, siekiant pagerinti jo struktūrinį stabilumą ir skatinti ličio jonų difuziją ant pagrindo. kryptis.
B. Kietosios ir minkštosios anglies medžiagos pastaraisiais metais taip pat daug išsivystė: kietosios anglies medžiagos turi didelį ličio įsiterpimo potencialą, medžiagoje yra mikroporų, todėl reakcijos kinetika yra gera; minkštos anglies medžiagos gerai suderinamos su elektrolitais, MCMB Medžiaga taip pat yra labai tipiška, tačiau kietų ir minkštų anglies medžiagų efektyvumas paprastai yra mažas, o kaina yra didelė (ir pramoniniu požiūriu tai nėra labai viltinga pigus kaip grafitas), todėl srovės suvartojimas yra daug mažesnis nei grafito, ir jis labiau naudojamas kai kuriose specialiose baterijose.
C. O kaip ličio titanatas? Paprasčiau tariant: ličio titanato privalumai yra didelis galios tankis ir saugumas, o trūkumai taip pat akivaizdūs, energijos tankis yra labai mažas, o kaina skaičiuojama pagal Wh yra labai didelė. Todėl ličio titanato akumuliatorius yra naudinga technologija, turinti pranašumų tam tikromis progomis, tačiau ji netinka daugeliu atvejų, kai keliami aukšti kainos ir kreiserinio nuotolio reikalavimai.
D. Silicon anode material is an important development direction. Panasonic's new 18650 battery has begun the commercial process of such materials. However, how to achieve a balance between the performance pursued by nanotechnology and the general micron-scale requirements of the battery industry for materials is still a challenging task.
diafragma
Maitinimo baterijoms didelės srovės veikimas kelia aukštesnius jų saugos ir eksploatavimo reikalavimus. Separatoriaus dengimo technologija yra neišvengiama. Keramika{0}}dengti separatoriai sparčiai stumiami šalin dėl didelio saugumo ir gebėjimo sunaudoti elektrolito nešvarumus, ypač siekiant pagerinti trijų dalių baterijų saugą.
Pagrindinė šiuo metu keraminėms diafragmoms naudojama sistema yra tradicinių diafragmų paviršiaus padengimas aliuminio oksido dalelėmis. Palyginti naujas būdas yra padengti kietus elektrolito pluoštus ant diafragmos. Tokios diafragmos turi mažesnę vidinę varžą ir geresnę mechaninę diafragmos atramą. Puikus ir turi mažesnį polinkį blokuoti diafragmos poras priežiūros metu.
Dengta diafragma turi gerą stabilumą. Net jei temperatūra yra gana aukšta, susitraukti ir deformuotis, kad susidarytų trumpasis jungimas, nėra lengva. Jiangsu Qingtao Energy Company, kurią techniškai palaiko Tsinghua universiteto Medžiagų mokyklos akademiko Nan Cewen tyrimų grupė, šiuo atžvilgiu turi keletą reprezentatyvių produktų. Darbas.
Elektrolitas
Elektrolitas turi didelę įtaką greitai{0}}įkraunamų ličio-jonų akumuliatorių veikimui. Kad būtų užtikrintas akumuliatoriaus stabilumas ir saugumas greito įkrovimo ir didelės srovės metu, elektrolitas turi atitikti šias charakteristikas: A) jis negali suirti, B) turi būti didelis laidumas ir C) jis yra inertiškas teigiamai ir neigiamai. medžiagos ir negali reaguoti ar ištirpti.
Jei reikia laikytis šių reikalavimų, svarbiausia yra naudoti priedus ir funkcinius elektrolitus. Pavyzdžiui, tai daro didelę įtaką trijų dalių greitai įkraunamų baterijų saugumui, todėl į juos reikia pridėti įvairių priedų, skirtų atsparumui aukštai temperatūrai, antipirenui ir anti-perkrovimui, siekiant tam tikru mastu pagerinti jų saugumą . Ilgą -ličio titanato baterijų problemą – aukštoje temperatūroje esantį vidurių pūtimą – taip pat turi išspręsti aukštos temperatūros funkcinis elektrolitas.
akumuliatoriaus konstrukcijos projektavimas
Tipiška optimizavimo strategija yra stacked VS apvija. Sukrauto akumuliatoriaus elektrodai yra lygiaverčiai lygiagrečiam ryšiui, o apvijos tipas – nuosekliai. Todėl pirmojo vidinė varža yra daug mažesnė, ir ji labiau tinka galios tipui. proga.
Be to, taip pat galite sunkiai dirbti su skirtukų skaičiumi, kad išspręstumėte vidinės varžos ir šilumos išsklaidymo problemas. Be to, taip pat galima naudoti didelio{0}}laidumo elektrodų medžiagas, daugiau laidžių medžiagų ir padengti plonesnius elektrodus.
Apibendrinant galima teigti, kad veiksniai, turintys įtakos įkrovimo judėjimui akumuliatoriaus viduje ir tarpinių elektrodų skylių greičiui, turės įtakos greito ličio baterijų įkrovimo galimybėms.
Greito įkrovimo technologijos ateitis
Nesvarbu, ar elektromobilių greitojo įkrovimo technologija yra istorinė kryptis, ar blyksnis, iš tikrųjų yra įvairių nuomonių ir išvadų nėra. Kaip alternatyvus nerimo dėl nuotolio sprendimas, jis laikomas platformoje, kurioje yra akumuliatoriaus energijos tankis ir bendra transporto priemonės kaina.
Energy density and fast charging performance, in the same battery, can be said to be incompatible in two directions, and cannot have both. The pursuit of battery energy density is currently the mainstream. When the energy density is high enough, a car has enough power to avoid the so-called "mileage anxiety", and the demand for battery rate charging performance will be reduced; at the same time, if the power is large, if the battery cost per kWh is not low enough, then whether it can be used Ding Kemao's purchase of electricity that is "not anxious" requires consumers to make a choice. Thinking about it this way, fast charging has the value of existence. Another angle is the cost of fast charging facilities, which is of course part of the cost of promoting electrification in the whole society.
Ar greitojo įkrovimo technologija gali būti populiarinama dideliu mastu, kas sparčiau vystosi energijos tankio ir greitojo įkrovimo technologijoje, o kuri iš šių dviejų technologijų sumažina sąnaudas, gali turėti lemiamą vaidmenį ateityje.
