Čimbenici koji utječu na sposobnost brzog punjenja litij{0}}ionskih baterija
Svaka litijeva baterija ima optimalnu vrijednost struje punjenja pod različitim parametrima stanja i parametrima okoliša. Zatim, iz perspektive strukture baterije, koji su čimbenici koji utječu na ovu optimalnu vrijednost punjenja.
Mikroskopski proces punjenja
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 baterije, bilo elektrokemijska ili fizička, koja utječe na prijenos naboja tijekom ionskog i elektroničkog rada imat će utjecaj na performanse brzog punjenja.
Brzo punjenje, zahtjevi za svaki dio baterije
Za baterije, ako želite poboljšati performanse snage, morate naporno raditi na svim aspektima baterije kao cjeline, uključujući pozitivne elektrode, negativne elektrode, elektrolite, dijafragme i strukturni dizajn.
pozitivna elektroda
Zapravo, gotovo sve vrste katodnih materijala mogu se koristiti za izradu baterija za brzo{0}}punjenje. Glavne performanse koje je potrebno jamčiti uključuju vodljivost (smanjenje unutarnjeg otpora), difuziju (jamči kinetiku reakcije), vijek trajanja (nema potrebe za objašnjenjem), sigurnost (nema potrebe za objašnjenjem), odgovarajuću izvedbu obrade (specifična površina ne bi trebala biti prevelika da bi smanjila nuspojave i poslužila sigurnosti).
Naravno, problemi koje treba riješiti za svaki pojedini materijal mogu biti različiti, ali naši uobičajeni katodni materijali mogu zadovoljiti te zahtjeve kroz niz optimizacija, ali različiti materijali su također različiti:
A. Litij željezo fosfat može se više usredotočiti na rješavanje problema električne vodljivosti i niske temperature. Ugljični premaz, umjerena nano{0}}izacija (imajte na umu da je umjerena, definitivno nije jednostavna logika finije je bolja) i formiranje ionskih vodiča na površini čestica najtipičnije su strategije.
B. Električna vodljivost samog ternarnog materijala je relativno dobra, ali je njegova reaktivnost previsoka, pa je ternarni materijal rijetko nano{0}}veličine (nano-kemikalija nije protuotrov za poboljšanje performanse materijala, posebno u području baterija. Ponekad ima puno štetnih učinaka), a više se pozornosti pridaje sigurnosti i inhibiciji nuspojava (s elektrolitom), uostalom, jedna od ključnih točaka sadašnjih ternarnih materijala je sigurnost, a nedavne česte nesreće u vezi s baterijom također su u tom pogledu. postavljaju veće zahtjeve.
C. Litijev manganat posvećuje više pažnje životu. Trenutačno na tržištu postoji mnogo serija litij-manganatnih baterija za brzo{0}}punjenje.
negativna elektroda
Kada se litij{0}}ionska baterija napuni, litij migrira na negativnu elektrodu. Visok potencijal koji donosi visoka struja brzog punjenja prouzročit će negativniji potencijal negativne elektrode. U ovom trenutku će se povećati pritisak negativne elektrode da brzo prihvati litij, a povećat će se i tendencija stvaranja litijevih dendrita. Stoga negativna elektroda ne mora zadovoljiti samo zahtjeve difuzije litija tijekom brzog punjenja. Stoga je glavna tehnička poteškoća ćelija brzog punjenja zapravo umetanje litijevih iona u negativnu elektrodu.
O. Trenutačno je još uvijek dominantan materijal negativnih elektroda na tržištu grafit (koji čini oko 90 posto tržišnog udjela). Nema drugog temeljnog razloga - jeftine, a sveobuhvatne performanse obrade i gustoća energije grafita su relativno dobre, a nedostataka je relativno malo. . Naravno, i grafitna negativna elektroda ima problema. Njegova površina je osjetljiva na elektrolit, a interkalna reakcija litija ima jaku usmjerenost. Stoga je uglavnom potrebno izvršiti površinsku obradu grafita kako bi se poboljšala njegova strukturna stabilnost i potaknula difuzija litijevih iona na podlogu. smjer.
B. Tvrdi ugljični i meki ugljični materijali također su se dosta razvili posljednjih godina: tvrdi ugljični materijali imaju visok potencijal interkalacije litija, a u materijalu postoje mikropore, tako da je kinetika reakcije dobra; dok materijali od mekog ugljika imaju dobru kompatibilnost s elektrolitima, MCMB Materijal je također vrlo reprezentativan, ali učinkovitost tvrdih i mekih ugljičnih materijala općenito je niska, a cijena je visoka (a s industrijskog stajališta nije velika nada da će biti jeftin kao grafit), pa je trenutna potrošnja daleko manja od one kod grafita, a više se koristi u nekom specijalu na bateriji.
C. Što kažete na litijev titanat? Pojednostavljeno rečeno: prednosti litij-titanata su velika gustoća snage i sigurnost, a nedostaci su također očiti, gustoća energije je vrlo niska, a trošak izračunat prema Wh vrlo visok. Stoga je stajalište litij-titanatne baterije korisna tehnologija s prednostima u određenim prilikama, ali nije prikladna za mnoge prilike s visokim zahtjevima u pogledu cijene i dometa krstarenja.
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.
dijafragma
Za električne baterije rad velike struje postavlja veće zahtjeve za njihovu sigurnost i životni vijek. Tehnologija oblaganja separatora je neizbježna. Keramički{0}}obloženi separatori brzo se potiskuju zbog njihove visoke sigurnosti i sposobnosti trošenja nečistoća u elektrolitu, posebno za poboljšanje sigurnosti trojnih baterija.
Glavni sustav koji se trenutno koristi za keramičke dijafragme je oblaganje površine tradicionalnih dijafragmi česticama glinice. Relativno nov pristup je oblaganje čvrstih elektrolitnih vlakana na dijafragmi. Takve dijafragme imaju manji unutarnji otpor i bolju mehaničku potporu dijafragmi. Izvrsno, i ima manju sklonost blokiranju pora dijafragme tijekom rada.
Obložena dijafragma ima dobru stabilnost. Čak i ako je temperatura relativno visoka, nije se lako skupiti i deformirati da bi došlo do kratkog spoja. Tvrtka Jiangsu Qingtao Energy, koju tehnički podupire istraživačka skupina akademika Nan Cewena, School of Materials, Tsinghua University, ima neke reprezentativne proizvode u tom pogledu. Raditi.
Elektrolit
Elektrolit ima velik utjecaj na izvedbu litij-ionskih-baterija koje se brzo pune. Kako bi se osigurala stabilnost i sigurnost baterije pri brzom punjenju i visokoj struji, elektrolit mora ispunjavati sljedeće karakteristike: A) ne može se razgraditi, B) vodljivost mora biti visoka, i C) inertan je na pozitivne i negativne materijala i ne mogu reagirati niti se otopiti.
Ako se ovi zahtjevi žele ispuniti, ključna je uporaba aditiva i funkcionalnih elektrolita. Na primjer, on uvelike utječe na sigurnost ternarnih brzih punjivih baterija te im se moraju dodati razni aditivi za otpornost na visoke temperature, usporivači plamena i -prepunjavanja, kako bi se u određenoj mjeri poboljšala njegova sigurnost . Dugotrajni-problem litij-titanatnih baterija, visokotemperaturni nadutost, također se mora poboljšati visokotemperaturnim funkcionalnim elektrolitom.
dizajn strukture baterije
Tipična strategija optimizacije je naslagani VS navijanje. Elektrode naslagane baterije ekvivalentne su paralelnom odnosu, a vrsta namota je ekvivalentna serijskoj vezi. Stoga je unutarnji otpor prvog znatno manji i prikladniji je za vrstu snage. prigodom.
Osim toga, također možete naporno raditi na broju jezičaka kako biste riješili probleme s unutarnjim otporom i rasipanjem topline. Osim toga, moguće su strategije i korištenje materijala za elektrode visoke{0}}vodljivosti, korištenje više vodljivih sredstava i oblaganje tanjih elektroda.
Zaključno, čimbenici koji utječu na kretanje punjenja unutar baterije i brzinu interkaliranih rupa elektroda utječu na sposobnost brzog punjenja litij baterija.
Budućnost tehnologije brzog punjenja
Je li tehnologija brzog punjenja električnih vozila povijesni smjer ili bljesak, zapravo postoje različita mišljenja, a zaključka nema. Kao alternativno rješenje za anksioznost dometa, razmatra se na platformi s gustoćom energije baterije i ukupnim troškom vozila.
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.
Može li se tehnologija brzog punjenja promovirati u velikim razmjerima, tko se brže razvija u gustoći energije i tehnologiji brzog punjenja te koja od dvije tehnologije smanjuje troškove, može igrati odlučujuću ulogu u njezinoj budućnosti.
