Faktory ovplyvňujúce schopnosť rýchleho nabíjania lítium-iónových batérií
Každá lítiová batéria má optimálnu hodnotu nabíjacieho prúdu pri rôznych stavových parametroch a parametroch prostredia. Potom z pohľadu štruktúry batérie, aké sú faktory, ktoré ovplyvňujú túto optimálnu hodnotu nabíjania.
Mikroskopický proces nabíjania
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.
Štruktúra batérie, či už elektrochemická alebo fyzikálna, ktorá ovplyvňuje prenos náboja počas iónovej a elektronickej prevádzky, bude mať vplyv na výkon rýchleho nabíjania.
Rýchle nabíjanie, požiadavky na každú časť batérie
V prípade batérií, ak chcete zlepšiť výkon, musíte tvrdo pracovať vo všetkých aspektoch batérie ako celku, vrátane kladných elektród, záporných elektród, elektrolytov, membrán a konštrukčného návrhu.
kladná elektróda
Na výrobu rýchlonabíjacích batérií- možno použiť takmer všetky druhy katódových materiálov. Medzi hlavné vlastnosti, ktoré je potrebné zaručiť, patrí vodivosť (zníženie vnútorného odporu), difúzia (zaručuje kinetiku reakcie), životnosť (nie je potrebné vysvetľovať), bezpečnosť (netreba vysvetľovať), vhodný výkon spracovania (špecifická plocha povrchu by nemala byť príliš veľké na to, aby sa znížili vedľajšie reakcie a slúžili bezpečne).
Samozrejme, problémy, ktoré je potrebné vyriešiť pre každý konkrétny materiál, môžu byť odlišné, ale naše bežné katódové materiály môžu splniť tieto požiadavky prostredníctvom série optimalizácií, ale rôzne materiály sú tiež odlišné:
A. Fosforečnan lítno-železitý sa môže viac zamerať na riešenie problémov elektrickej vodivosti a nízkej teploty. Najtypickejšími stratégiami sú uhlíkový povlak, mierna nano{0}}izácia (všimnite si, že je mierna, rozhodne nie jednoduchá logika jemnejšieho) a vytváranie iónových vodičov na povrchu častíc.
B. Elektrická vodivosť samotného ternárneho materiálu je relatívne dobrá, ale jeho reaktivita je príliš vysoká, takže ternárny materiál má len zriedka nano{0}}veľkosť (nano{1}}chemikália nie je protijed na zlepšenie materiálové vlastnosti, najmä v oblasti batérií, niekedy je veľa nežiaducich účinkov, väčšia pozornosť sa venuje bezpečnosti a inhibícii nežiaducich reakcií (s elektrolytom), napokon jedným z kľúčových bodov súčasných ternárnych materiálov je bezpečnosť a nedávne časté nehody týkajúce sa bezpečnosti batérií sú v tomto smere tiež. klásť vyššie požiadavky.
C. Manganát lítny venuje väčšiu pozornosť životu. V súčasnosti je na trhu veľa rýchlonabíjacích batérií lítium-manganátových-batérií.
záporná elektróda
Keď sa lítium{0}}iónová batéria nabije, lítium migruje na zápornú elektródu. Vysoký potenciál, ktorý prináša vysoký prúd rýchleho nabíjania, spôsobí, že negatívny elektródový potenciál bude zápornejší. V tomto čase sa zvýši tlak zápornej elektródy na rýchle prijatie lítia a zvýši sa tendencia vytvárať lítne dendrity. Preto záporná elektróda musí spĺňať nielen požiadavky na difúziu lítia počas rýchleho nabíjania. Preto je hlavným technickým problémom rýchlonabíjacích článkov v skutočnosti vloženie lítiových iónov do zápornej elektródy.
Odpoveď: V súčasnosti je dominantným materiálom záporných elektród na trhu stále grafit (tvorí asi 90 percent podielu na trhu). Neexistuje žiadny iný základný dôvod - lacný a komplexný výkon spracovania a energetická hustota grafitu sú relatívne dobré a nedostatkov je relatívne málo. . Problémy má samozrejme aj grafitová negatívna elektróda. Jeho povrch je citlivý na elektrolyt a interkalačná reakcia lítia má silnú smerovosť. Preto je hlavne potrebné vykonať povrchovú úpravu grafitu, aby sa zlepšila jeho štrukturálna stabilita a podporila sa difúzia lítiových iónov na substráte. smer.
B. Tvrdé uhlíkové a mäkké uhlíkové materiály sa v posledných rokoch tiež veľmi vyvinuli: tvrdé uhlíkové materiály majú vysoký interkalačný potenciál lítia a v materiáli sú mikropóry, takže kinetika reakcie je dobrá; zatiaľ čo mäkké uhlíkové materiály majú dobrú kompatibilitu s elektrolytmi, MCMB Materiál je tiež veľmi reprezentatívny, ale účinnosť tvrdých a mäkkých uhlíkových materiálov je vo všeobecnosti nízka a náklady sú vysoké (a z priemyselného hľadiska nie je veľmi nádejné, že bude lacný ako grafit), takže spotreba prúdu je oveľa menšia ako u grafitu a viac sa používa v nejakom špeciáli na batériu.
C. Ako je to s titaničitanom lítnym? Zjednodušene povedané: výhody titaničitanu lítneho sú vysoká hustota výkonu a bezpečnosť a nevýhody sú tiež zrejmé, hustota energie je veľmi nízka a náklady vypočítané podľa Wh sú veľmi vysoké. Preto je lítium-titanátová batéria užitočná technológia s výhodami v určitých prípadoch, ale nie je vhodná pre mnohé príležitosti s vysokými požiadavkami na náklady a cestovný 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.
bránica
Pre napájacie batérie poskytuje vysokoprúdová prevádzka vyššie požiadavky na ich bezpečnosť a životnosť. Technológia separačného náteru je nevyhnutná. Keramické-separátory sú rýchlo vytláčané z dôvodu ich vysokej bezpečnosti a schopnosti spotrebúvať nečistoty v elektrolyte, najmä kvôli zlepšeniu bezpečnosti ternárnych batérií.
Hlavným systémom, ktorý sa v súčasnosti používa pre keramické membrány, je pokrytie povrchu tradičných membrán časticami oxidu hlinitého. Relatívne novým prístupom je nanášanie vlákien pevného elektrolytu na membránu. Takéto membrány majú nižší vnútorný odpor a lepšiu mechanickú oporu pre membránu. Vynikajúca a má menšiu tendenciu blokovať póry membrány počas prevádzky.
Potiahnutá membrána má dobrú stabilitu. Aj keď je teplota relatívne vysoká, nie je ľahké ju zmršťovať a deformovať, aby spôsobil skrat. Spoločnosť Jiangsu Qingtao Energy Company, ktorá je technicky podporovaná výskumnou skupinou akademika Nan Cewena, School of Materials, Tsinghua University, má v tomto ohľade niektoré reprezentatívne produkty. Práca.
Elektrolyt
Elektrolyt má veľký vplyv na výkon rýchlo{0}}nabíjacích lítium{1}iónových batérií. Aby bola zaistená stabilita a bezpečnosť batérie pri rýchlom nabíjaní a vysokom prúde, elektrolyt musí spĺňať tieto vlastnosti: A) nedá sa rozložiť, B) musí mať vysokú vodivosť a C) je inertný voči kladnému aj zápornému pólu. materiály a nemôžu reagovať ani sa rozpúšťať.
Ak majú byť tieto požiadavky splnené, kľúčové je použitie aditív a funkčných elektrolytov. Napríklad bezpečnosť ternárnych rýchlonabíjacích batérií je ním značne ovplyvnená a musia sa k nemu pridávať rôzne prísady na odolnosť voči vysokým teplotám, spomaľovač horenia a proti{0}}prebíjaniu, aby sa do určitej miery zlepšila jeho bezpečnosť . Dlhotrvajúci-problém lítium-titanátových batérií, plynatosť pri vysokej teplote, musí byť tiež vyriešený vysokoteplotným funkčným elektrolytom.
konštrukcia konštrukcie batérie
Typickou optimalizačnou stratégiou je vrstvené vinutie VS. Elektródy naskladanej batérie sú ekvivalentné paralelnému vzťahu a typ vinutia je ekvivalentný sériovému zapojeniu. Preto je vnútorný odpor prvého oveľa menší a je vhodnejší pre typ napájania. príležitosť.
Okrem toho môžete tiež tvrdo pracovať na počte záložiek, aby ste vyriešili problémy s vnútorným odporom a odvodom tepla. Okrem toho sú možnými stratégiami aj použitie materiálov elektród s vysokou{0}}vodivosťou, použitie vodivých činidiel a potiahnutie tenších elektród.
Záverom možno povedať, že faktory, ktoré ovplyvňujú pohyb náboja vo vnútri batérie a rýchlosť interkalovaných elektródových otvorov, ovplyvnia schopnosť rýchleho nabíjania lítiových batérií.
Budúcnosť technológie rýchleho nabíjania
Či už je technológia rýchleho nabíjania elektromobilov historickým smerom alebo zábleskom, v skutočnosti existujú rôzne názory a žiadny záver. Ako alternatívne riešenie úzkosti z dojazdu sa uvažuje na platforme s hustotou energie batérie 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.
Rozhodujúcu úlohu v jej budúcnosti môže zohrať to, či sa dá technológia rýchleho nabíjania presadiť vo veľkom, kto sa rýchlejšie rozvíja v hustote energie a technológii rýchleho nabíjania a ktorá z týchto dvoch technológií znižuje náklady.
