Faktory ovlivňující schopnost rychlého nabíjení lithium-iontových baterií
Každá lithiová baterie má optimální hodnotu nabíjecího proudu za různých stavových parametrů a parametrů prostředí. Z pohledu struktury baterie, jaké jsou faktory, které ovlivňují tuto optimální hodnotu nabíjení.
Mikroskopický proces nabíjení
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.
Struktura baterie, ať už elektrochemická nebo fyzikální, která ovlivňuje přenos náboje během iontového a elektronického provozu, bude mít vliv na výkon rychlého nabíjení.
Rychlé nabíjení, požadavky na každou část baterie
U baterií, pokud chcete zlepšit výkon, musíte tvrdě pracovat na všech aspektech baterie jako celku, včetně kladných elektrod, záporných elektrod, elektrolytů, membrán a konstrukčního návrhu.
kladná elektroda
Ve skutečnosti lze k výrobě rychle{0}}nabíjecích baterií použít téměř všechny druhy katodových materiálů. Mezi hlavní vlastnosti, které je třeba zaručit, patří vodivost (snížení vnitřního odporu), difúze (zaručení kinetiky reakce), životnost (není třeba vysvětlovat), bezpečnost (není třeba vysvětlovat), vhodný výkon při zpracování (konkrétní povrch by neměl být příliš velký na to, aby omezil vedlejší reakce a sloužil bezpečně).
Samozřejmě, že problémy, které je třeba vyřešit pro každý konkrétní materiál, se mohou lišit, ale naše běžné katodové materiály mohou tyto požadavky splnit prostřednictvím řady optimalizací, ale různé materiály se také liší:
A. Fosforečnan lithný se může více zaměřit na řešení problémů elektrické vodivosti a nízké teploty. Uhlíkový povlak, mírná nano{0}}izace (všimněte si, že je mírná, rozhodně ne jednoduchá logika jemnějšího je lepší) a tvorba iontových vodičů na povrchu částic jsou nejtypičtější strategie.
B. Elektrická vodivost samotného ternárního materiálu je relativně dobrá, ale jeho reaktivita je příliš vysoká, takže ternární materiál má jen zřídka nano{0}}velikost (nano-chemikálie není protijed pro zlepšení materiálové vlastnosti, zejména v oblasti baterií, někdy je mnoho nepříznivých vlivů) a větší pozornost je věnována bezpečnosti a inhibici vedlejších reakcí (s elektrolytem), koneckonců jedním z klíčových bodů současných ternárních materiálů je bezpečnost a nedávné časté nehody související s bezpečností baterií jsou také v tomto ohledu. klást vyšší požadavky.
C. Manganan lithný věnuje více pozornosti životu. V současné době je na trhu mnoho lithium-manganátových rychlo{0}}nabíjecích baterií.
záporná elektroda
Když je lithium{0}}iontová baterie nabitá, lithium migruje na zápornou elektrodu. Vysoký potenciál, který přináší vysoký proud rychlého nabíjení, způsobí, že záporný potenciál elektrody bude zápornější. V tomto okamžiku se zvýší tlak záporné elektrody pro rychlé přijetí lithia a zvýší se tendence vytvářet lithiové dendrity. Proto musí záporná elektroda splňovat nejen požadavky na difúzi lithia během rychlonabíjení. Hlavním technickým problémem rychlonabíjecích článků je proto ve skutečnosti vkládání iontů lithia do záporné elektrody.
Odpověď: V současnosti je dominantním materiálem negativní elektrody na trhu stále grafit (tvoří asi 90 procent podílu na trhu). Neexistuje žádný jiný základní důvod - levné a komplexní výkon zpracování a energetická hustota grafitu jsou relativně dobré a nedostatků je relativně málo. . Problémy má samozřejmě i grafitová záporná elektroda. Jeho povrch je citlivý na elektrolyt a interkalační reakce lithia má silnou směrovost. Proto je především nutné provést úpravu povrchu grafitu pro zlepšení jeho strukturální stability a podporující difúzi lithných iontů na substrát. směr.
B. Tvrdé uhlíkové a měkké uhlíkové materiály se v posledních letech také hodně vyvinuly: tvrdé uhlíkové materiály mají vysoký interkalační potenciál lithia a v materiálu jsou mikropóry, takže kinetika reakce je dobrá; zatímco měkké uhlíkové materiály mají dobrou kompatibilitu s elektrolyty, MCMB Materiál je také velmi reprezentativní, ale účinnost tvrdých a měkkých uhlíkových materiálů je obecně nízká a náklady jsou vysoké (a z průmyslového hlediska není příliš nadějné být tak levný jako grafit), takže spotřeba proudu je daleko menší než u grafitu a víc se používá v nějakém speciálu na baterii.
C. Jak je to s titaničitanem lithným? Zjednodušeně řečeno: výhodami titaničitanu lithného jsou vysoká hustota výkonu a bezpečnost a nevýhody jsou také zřejmé, hustota energie je velmi nízká a náklady vypočtené podle Wh jsou velmi vysoké. Proto je lithium titanátová baterie užitečná technologie s výhodami v určitých případech, ale není vhodná pro mnoho příležitostí s vysokými požadavky na cenu a cestovní dosah.
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.
membrána
U napájecích baterií poskytuje vysokoproudý provoz vyšší požadavky na jejich bezpečnost a životnost. Technologie separátorového lakování je nevyhnutelná. Keramické-separátory jsou rychle vytlačovány kvůli jejich vysoké bezpečnosti a schopnosti spotřebovávat nečistoty v elektrolytu, zejména kvůli zlepšení bezpečnosti ternárních baterií.
Hlavním systémem používaným v současnosti pro keramické diafragmy je potahování povrchu tradičních membrán částicemi oxidu hlinitého. Relativně novým přístupem je potahování vláken pevného elektrolytu na membránu. Takové membrány mají nižší vnitřní odpor a lepší mechanickou podporu membrány. Vynikající a má menší tendenci ucpávat póry membrány během provozu.
Potažená membrána má dobrou stabilitu. I když je teplota relativně vysoká, není snadné se smrštit a deformovat, aby došlo ke zkratu. Jiangsu Qingtao Energy Company, která je technicky podporována výzkumnou skupinou akademika Nan Cewena, School of Materials, Tsinghua University, má v tomto ohledu některé reprezentativní produkty. Práce.
Elektrolyt
Elektrolyt má velký vliv na výkon rychle{0}}nabíjecích lithium-iontových baterií. Aby byla zajištěna stabilita a bezpečnost baterie při rychlém nabíjení a vysokém proudu, musí elektrolyt splňovat následující vlastnosti: A) nelze ho rozložit, B) vodivost musí být vysoká a C) je inertní vůči kladnému i zápornému pólu. materiály a nemohou reagovat ani se rozpouštět.
Pokud mají být tyto požadavky splněny, klíčové je použití aditiv a funkčních elektrolytů. Je jím například značně ovlivněna bezpečnost ternárních rychlonabíjecích baterií a je třeba do něj přidávat různé přísady pro odolnost vůči vysokým teplotám, zpomalovače hoření a proti přebíjení-, aby se do určité míry zlepšila jeho bezpečnost . Dlouhodobý-problém lithium-titanátových baterií, vysokoteplotní plynatost, musí být také vyřešen vysokoteplotním funkčním elektrolytem.
konstrukce baterie
Typickou optimalizační strategií je vrstvené vinutí VS. Elektrody naskládané baterie jsou ekvivalentní paralelnímu vztahu a typ vinutí je ekvivalentní sériovému zapojení. Proto je vnitřní odpor prvního z nich mnohem menší a je vhodnější pro typ napájení. příležitost.
Kromě toho můžete také tvrdě zapracovat na počtu záložek, abyste vyřešili problémy s vnitřním odporem a odvodem tepla. Kromě toho jsou možnými strategiemi použití materiálů elektrod s vysokou{0}}vodivostí, použití více vodivých činidel a potažení tenčích elektrod.
Závěrem lze říci, že faktory, které ovlivňují pohyb náboje uvnitř baterie a rychlost interkalovaných otvorů elektrod, ovlivní schopnost rychlého nabíjení lithiových baterií.
Budoucnost technologie rychlého nabíjení
Ať už je technologie rychlého nabíjení elektromobilů historickým směrem nebo zábleskem, ve skutečnosti existují různé názory a žádný závěr. Jako alternativní řešení úzkosti z dojezdu se uvažuje na platformě s hustotou energie baterie a celkovou cenou vozidla.
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.
Zda lze technologii rychlého nabíjení prosadit ve velkém měřítku, kdo se rychleji rozvíjí v hustotě energie a technologii rychlého nabíjení a která z těchto dvou technologií snižuje náklady, může hrát rozhodující roli v její budoucnosti.
