Фактори који утичу на способност брзог пуњења литијум{0}}јонских батерија
Свака литијумска батерија има оптималну вредност струје пуњења под различитим параметрима стања и параметрима животне средине. Затим, из перспективе структуре батерије, који су фактори који утичу на ову оптималну вредност пуњења.
Микроскопски процес пуњења
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.
Структура батерије, било електрохемијска или физичка, која утиче на пренос пуњења током јонског и електронског рада, имаће утицај на перформансе брзог пуњења.
Брзо пуњење, захтеви за сваки део батерије
За батерије, ако желите да побољшате перформансе напајања, морате напорно да радите на свим аспектима батерије као целине, укључујући позитивне електроде, негативне електроде, електролите, дијафрагме и структурални дизајн.
позитивна електрода
У ствари, скоро све врсте катодних материјала могу да се користе за прављење батерија за брзо{0}}пуњење. Главне перформансе које треба гарантовати укључују проводљивост (смањење унутрашњег отпора), дифузију (гарантује кинетику реакције), животни век (нема потребе за објашњењем), безбедност (нема потребе за објашњењем), одговарајуће перформансе обраде (специфична површина не би требало да буде превелика да би смањила нежељене реакције и послужила безбедности).
Наравно, проблеми које треба решити за сваки одређени материјал могу бити различити, али наши уобичајени катодни материјали могу испунити ове захтеве кроз низ оптимизација, али различити материјали су такође различити:
А. Литијум гвожђе фосфат се може више фокусирати на решавање проблема електричне проводљивости и ниске температуре. Угљенични премаз, умерена нано{0}}изација (имајте на уму да је умерена, дефинитивно није једноставна логика финије је боља) и формирање јонских проводника на површини честица су најтипичније стратегије.
Б. Електрична проводљивост самог тернарног материјала је релативно добра, али је његова реактивност превисока, тако да је тернарни материјал ретко нано{0}}величине (нано-хемикалија није противотров за побољшање перформансе материјала, посебно у области батерија.Понекад има доста штетних ефеката), а више пажње се поклања безбедности и инхибицији нежељених реакција (код електролита), уосталом, једна од кључних тачака актуелних тернарних материјала је безбедност, а недавне честе несреће са батеријом су такође у том погледу. постављају веће захтеве.
Ц. Литијум манганат посвећује више пажње животу. Тренутно на тржишту постоји много серија литијум-манганатних батерија за брзо{0}}пуњење.
негативна електрода
Када се литијум{0}}јонска батерија напуни, литијум мигрира до негативне електроде. Висок потенцијал који доноси висока струја брзог пуњења довешће до тога да негативни потенцијал електроде буде негативнији. У овом тренутку ће се повећати притисак негативне електроде да брзо прихвати литијум, а тенденција стварања литијумских дендрита ће се повећати. Због тога негативна електрода не мора само да испуни захтеве за дифузију литијума током брзог пуњења. Стога је главна техничка потешкоћа ћелија за брзо пуњење заправо уметање литијум јона у негативну електроду.
А. Тренутно је доминантан материјал негативних електрода на тржишту и даље графит (који чини око 90 процената тржишног удела). Нема другог фундаменталног разлога - јефтине, а свеобухватне перформансе обраде и густина енергије графита су релативно добре, а недостатака је релативно мало. . Наравно, графитна негативна електрода такође има проблема. Његова површина је осетљива на електролит, а реакција интеркалације литијума има јаку усмереност. Због тога је углавном неопходно извршити површинску обраду графита како би се побољшала његова структурна стабилност и промовисала дифузија литијум јона на подлогу. правац.
Б. Тврди угљенични и меки угљенични материјали су се такође доста развили последњих година: тврди угљенични материјали имају висок потенцијал интеркалације литијума, а у материјалу постоје микропоре, тако да је кинетика реакције добра; док материјали од меког угљеника имају добру компатибилност са електролитима, МЦМБ Материјал је такође веома репрезентативан, али ефикасност тврдих и меких угљеничних материјала је генерално ниска и цена је висока (а са индустријске тачке гледишта није велика нада да ће бити јефтин као графит), па је тренутна потрошња далеко мања од оне код графита, а више се користи у неким специјалцима на батерији.
Ц. Шта кажете на литијум титанат? Поједностављено речено: предности литијум титаната су велика густина снаге и сигурност, а недостаци су такође очигледни, густина енергије је веома ниска, а цена израчуната према Вх је веома висока. Стога је гледиште литијум-титанат батерије корисна технологија са предностима у одређеним приликама, али није погодна за многе прилике са високим захтевима у погледу цене и домета крстарења.
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.
дијафрагма
За електричне батерије, рад велике струје поставља веће захтеве за њихову безбедност и животни век. Технологија наношења сепаратора је неизбежна. Сепаратори са{0}}керамичким премазом се брзо потискују због њихове високе безбедности и способности да троше нечистоће у електролиту, посебно за побољшање безбедности тројних батерија.
Главни систем који се тренутно користи за керамичке дијафрагме је облагање површине традиционалних дијафрагми честицама глинице. Релативно нов приступ је облагање чврстих електролитних влакана на дијафрагми. Такве дијафрагме имају мањи унутрашњи отпор и бољу механичку подршку за дијафрагму. Одличан, и има мању тенденцију да блокира поре дијафрагме током рада.
Обложена дијафрагма има добру стабилност. Чак и ако је температура релативно висока, није лако скупити се и деформисати да изазове кратки спој. Компанија Јиангсу Кингтао Енерги, која је технички подржана од стране истраживачке групе академика Нан Цевена, Факултета за материјале Универзитета Тсингхуа, има неке репрезентативне производе у том погледу. Рад.
Електролит
Електролит има велики утицај на перформансе литијум-јонских-јонских батерија које се брзо пуне. Да би се обезбедила стабилност и безбедност батерије при брзом пуњењу и великој струји, електролит мора да испуњава следеће карактеристике: А) не може се разложити, Б) проводљивост мора бити висока, и Ц) инертан је на позитивне и негативне материјала, и не могу да реагују или да се растворе.
Да би се ови захтеви испунили, кључна је употреба адитива и функционалних електролита. На пример, то у великој мери утиче на безбедност тернарних брзих пуњивих батерија, па им се морају додати различити адитиви за отпорност на високе температуре, успоривачи пламена и против-препуњавања, како би се у одређеној мери побољшала безбедност. . Дуготрајни-проблем са литијум-титанатним батеријама, високотемпературни надутост, такође мора бити побољшан функционалним електролитом високе температуре.
дизајн структуре батерије
Типична стратегија оптимизације је наслагано ВС намотавање. Електроде наслагане батерије су еквивалентне паралелном односу, а тип намотаја је еквивалентан серијској вези. Због тога је унутрашњи отпор првог много мањи и погоднији је за тип снаге. прилика.
Поред тога, такође можете напорно да радите на броју језичака да бисте решили проблеме унутрашњег отпора и расипање топлоте. Поред тога, могуће стратегије су и коришћење материјала за електроде високе{0}}проводљивости, коришћење више проводљивих агенаса и облагање тањих електрода.
У закључку, фактори који утичу на кретање пуњења унутар батерије и брзину интеркалираних рупа на електроди ће утицати на способност брзог пуњења литијумских батерија.
Будућност технологије брзог пуњења
Да ли је технологија брзог пуњења електричних возила историјски правац или бљесак у тигању, у ствари, постоје различита мишљења и нема закључка. Као алтернативно решење за анксиозност домета, разматра се на платформи са густином енергије батерије и укупним трошковима возила.
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.
Да ли се технологија брзог пуњења може промовисати у великим размерама, ко се брже развија у густини енергије и технологији брзог пуњења, и која од две технологије смањује трошкове, може играти одлучујућу улогу у њеној будућности.
