Faktori koji utječu na sposobnost brzog punjenja litijum{0}}jonskih baterija
Svaka litijumska baterija ima optimalnu vrijednost struje punjenja pod različitim parametrima stanja i okolinskim parametrima. Zatim, iz perspektive strukture baterije, koji su faktori koji utiču 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 elektrohemijska ili fizička, koja utiče na prenos punjenja tokom jonskog i elektronskog rada imaće uticaj na performanse brzog punjenja.
Brzo punjenje, zahtjevi za svaki dio baterije
Za baterije, ako želite poboljšati performanse napajanja, morate naporno raditi na svim aspektima baterije u cjelini, 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 treba garantovati uključuju provodljivost (smanjenje unutrašnjeg otpora), difuziju (garantuje kinetiku reakcije), životni vek (nema potrebe za objašnjenjem), sigurnost (nema potrebe za objašnjenjem), odgovarajuće performanse obrade (specifična površina ne bi trebalo da bude 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 ispuniti ove zahtjeve kroz niz optimizacija, ali različiti materijali su također različiti:
A. Litijum gvožđe fosfat se može više fokusirati na rešavanje problema električne provodljivosti i niske temperature. Ugljični premaz, umjerena nano-izacija (imajte na umu da je umjerena, definitivno nije jednostavna logika finije je bolje), i formiranje jonskih provodnika na površini čestica su najtipičnije strategije.
B. Električna provodljivost samog ternarnog materijala je relativno dobra, ali je njegova reaktivnost previsoka, tako da je ternarni materijal rijetko nano-veličine (nano-kemikalija nije protuotrov za poboljšanje performanse materijala, posebno u oblasti baterija.Ponekad ima dosta štetnih efekata), a više pažnje se poklanja sigurnosti i inhibiciji nuspojava (kod elektrolita), uostalom, jedna od ključnih tačaka sadašnjih ternarnih materijala je sigurnost, a nedavne česte nesreće vezane za sigurnost baterije su također u tom pogledu. postavljaju veće zahteve.
C. Litijum manganat posvećuje više pažnje životu. Trenutno na tržištu postoji mnogo serija litijum-manganatnih baterija za brzo{0}}punjavanje.
negativna elektroda
Kada se litijum{0}}jonska baterija napuni, litijum migrira na negativnu elektrodu. Visok potencijal koji donosi visoka struja brzog punjenja će uzrokovati negativniji potencijal negativne elektrode. U ovom trenutku će se povećati pritisak negativne elektrode da brzo prihvati litij, a tendencija stvaranja litijumskih dendrita će se povećati. Stoga negativna elektroda ne mora samo zadovoljiti zahtjeve difuzije litijuma tijekom brzog punjenja. Stoga je glavna tehnička poteškoća ćelija za brzo punjenje zapravo umetanje litijum jona u negativnu elektrodu.
O. Trenutno, dominantan materijal negativnih elektroda na tržištu je i dalje grafit (koji čini oko 90 posto tržišnog udjela). Nema drugog fundamentalnog razloga - jeftine, a sveobuhvatne performanse obrade i gustina energije grafita su relativno dobre, a nedostataka je relativno malo. . Naravno, grafitna negativna elektroda također ima problema. Njegova površina je osjetljiva na elektrolit, a reakcija interkalacije litijuma ima jaku usmjerenost. Stoga je uglavnom potrebno izvršiti površinsku obradu grafita kako bi se poboljšala njegova strukturna stabilnost i potaknula difuzija litijum jona na podlogu. smjer.
B. Tvrdi ugljični i meki ugljični materijali su se također dosta razvili posljednjih godina: tvrdi ugljični materijali imaju visok potencijal interkalacije litijuma, a u materijalu postoje mikropore, tako da je kinetika reakcije dobra; dok materijali od mekog ugljika imaju dobru kompatibilnost sa elektrolitima, MCMB Materijal je također vrlo reprezentativan, ali je efikasnost tvrdih i mekih ugljičnih materijala općenito niska, a cijena je visoka (a sa industrijskog gledišta nije velika nada da će biti jeftin kao grafit), pa je strujna potrošnja daleko manja od one kod grafita, a više se koristi u nekim specijalcima na bateriji.
C. Šta kažete na litijum titanat? Pojednostavljeno rečeno: prednosti litijum-titanata su velika gustina snage i sigurnost, a nedostaci su takođe očigledni, gustoća energije je veoma niska, a cena izračunata u Wh je veoma visoka. Stoga je gledište litijum-titanatne baterije korisna tehnologija sa 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 vijek trajanja. Tehnologija nanošenja separatora je neizbježna. Keramički{0}}obloženi separatori se brzo potiskuju zbog njihove visoke sigurnosti i sposobnosti da troše nečistoće u elektrolitu, posebno za poboljšanje sigurnosti trojnih baterija.
Glavni sistem koji se trenutno koristi za keramičke dijafragme je premazivanje površine tradicionalnih dijafragmi česticama glinice. Relativno nov pristup je oblaganje čvrstih elektrolitnih vlakana na dijafragmi. Takve dijafragme imaju manji unutrašnji otpor i bolju mehaničku potporu dijafragme. Odličan, i ima manju tendenciju da blokira pore dijafragme tokom rada.
Obložena dijafragma ima dobru stabilnost. Čak i ako je temperatura relativno visoka, nije se lako skupiti i deformirati da bi izazvalo kratki spoj. Jiangsu Qingtao Energy Company, koja je tehnički podržana od strane istraživačke grupe akademika Nan Cewena, School of Materials, Tsinghua University, ima neke reprezentativne proizvode u tom pogledu. Posao.
Elektrolit
Elektrolit ima veliki uticaj na performanse litijum-jonskih-jonskih baterija koje se brzo pune. Da bi se osigurala stabilnost i sigurnost baterije pri brzom punjenju i velikoj struji, elektrolit mora ispunjavati sljedeće karakteristike: A) ne može se razgraditi, B) provodljivost mora biti visoka i C) inertan je na pozitivne i negativne materijala, i ne mogu reagovati ili rastvoriti.
Da bi se ovi zahtjevi ispunili, ključna je upotreba aditiva i funkcionalnih elektrolita. Na primjer, to u velikoj mjeri utiče na sigurnost ternarnih brzopunjivih baterija, te mu se moraju dodati različiti aditivi za otpornost na visoke temperature, usporivači plamena i protiv-prepunjavanja, kako bi se u određenoj mjeri poboljšala njegova sigurnost . Dugotrajni-problem litijum-titanatnih baterija, visokotemperaturni nadutost, također mora biti poboljšan visokotemperaturnim funkcionalnim elektrolitom.
dizajn strukture baterije
Tipična strategija optimizacije je naslagano VS namotavanje. Elektrode naslagane baterije su ekvivalentne paralelnom odnosu, a tip namotaja je ekvivalentan serijskoj vezi. Dakle, unutrašnji otpor prvog je mnogo manji i pogodniji je za tip snage. prilika.
Osim toga, također možete naporno raditi na broju jezičaka kako biste riješili probleme s unutrašnjim otporom i rasipanjem topline. Osim toga, moguće strategije su i korištenje materijala za elektrode visoke -provodljivosti, korištenje više provodljivih sredstava i oblaganje tanjih elektroda.
U zaključku, faktori koji utječu na kretanje punjenja unutar baterije i brzinu interkaliranih rupa na elektrodi će utjecati na sposobnost brzog punjenja litijumskih baterija.
Budućnost tehnologije brzog punjenja
Da li je tehnologija brzog punjenja električnih vozila istorijski pravac ili bljesak, u stvari, postoje različita mišljenja, a zaključka nema. Kao alternativno rješenje za anksioznost u dometu, razmatra se na platformi s gustinom energije baterije i ukupnim troškovima 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.
Da li se tehnologija brzog punjenja može promovirati u velikim razmjerima, ko se brže razvija u gustoći energije i tehnologiji brzog punjenja i koja od dvije tehnologije smanjuje troškove, može igrati odlučujuću ulogu u njenoj budućnosti.
