Как улучшить производительность литий-ионной батареи

Для литий-ионных аккумуляторов наиболее важными показателями, на которые мы обращаем внимание, являются плотность энергии и удельная мощность. Плотность энергии связана с запасом хода транспортного средства, а плотность мощности связана с динамическими характеристиками электромобиля. Как улучшить производительность литий-ионных аккумуляторов у разработчиков есть свои уникальные идеи, я расскажу о некоторых из моих идей по повышению производительности литий-ионных аккумуляторов. Я надеюсь быть значимым.

1. Выбор материала

Вообще говоря, повышение производительности аккумуляторной батареи в основном основано на выборе материалов. Например, раньше у нас была статья «Ионная проводимость, электронная проводимость неясна? Вы хотите знать, что она здесь!» Ионная и электронная проводимость тройных никелевых материалов и традиционных материалов на основе оксида лития-кобальта, при 20 ° C электронная проводимость материалов LCO составляет всего 5x10-8S / см, в то время как электронная проводимость материалов NCM111 составляет до 2,2x10-6S / см, при дальнейшем увеличении содержания никеля электронная проводимость тройных материалов также значительно улучшается. Электронная проводимость материала NCM8111 составляет 4,1x10-3S / см, также показана ионная проводимость. В соответствии с той же тенденцией ионная проводимость материала LCO составляет всего 2,3x10-7S / см при 20 ° C, в то время как ионная проводимость материала NCM111 составляет 3,2x10-6S / см, NCM532 составляет 1,7x10-3S / см. , а NCM622 - 3,4x10. -3S / см, материал NCM811 имеет размер до 6,3x10-3S / см, поэтому, будь то электронная проводимость или ионная проводимость, тройной материал, особенно тройной материал с высоким содержанием никеля или материал NCA, больше подходит для типа увеличения. Литий-ионный аккумулятор, конечно же, в дополнение к материалам. Эти внутренние свойства внешнего устройства, высокая скорость, которая также зависит от морфологии множества факторов, таких как мелкие частицы материала с большей площадью поверхности, расстояние диффузии Li + короче в внутренняя часть частицы, таким образом, теоретически лучшая способность скорости.

Существует много типов анодных материалов, таких как частицы графита с мелкими частицами мезофаз, которые обладают хорошими характеристиками по скорости. SRSivakkumar, JYNerkar, AGPandolfo Energy Technology Department of the Commonwealth Scientific and Industrial Organization (CSIRO) Оценка различных типов и размеров графитовых материалов показывает, что чем меньше размер частиц графитовых материалов, тем выше производительность и уменьшается поверхность графита. Толщина покрытия также может улучшить быстродействие графитовых анодов. Однако уменьшение размера частиц также создает ряд проблем, таких как уменьшение обратимой емкости и уменьшение плотности уплотнения. В то же время исследования также показывают, что, хотя вышеуказанные меры могут улучшить характеристики скорости разряда графитового анода, трудно эффективно улучшить характеристики скорости заряда графитового анода.

Сам материал Li4Ti5O12 имеет высокий коэффициент диффузии Li + (10-16-10-15 м 2 / с) [2], а материал батареи из титаната лития часто превращается в наноразмерные частицы из-за его низкой проводимости, поэтому активная область увеличивается, а расстояние диффузии Li + уменьшается. Литий-титанатный аккумулятор имеет отличную производительность и может обеспечить быструю зарядку, поэтому Дун Минчжу заинтересован в Yinlong, но в платформе напряжения из титанатного лития. Для 1,55 В теоретическая обратимая емкость составляет 170 мАч / г, что приводит к снижению удельной энергии батареи, что серьезно влияет на запас хода электромобилей. Это также основная причина недавнего кризиса Иньлуна. Говорят, что Чэн также Сяо Хэ, и Сяо Хэ также потерпел поражение. Чтобы решить эти проблемы титаната лития, сохранив при этом преимущества его высокой производительности, исследователи приложили немало усилий, чтобы обеспечить обратимую способность материала, нового анодного материала NTO на основе оксида титана с неодимом, разработанного корпорацией Toshiba в Японии. До 341 мАч / г намного выше, чем у материала LTO, близкого к графитовому материалу, но с преимуществом твердой плотности высокого давления, объемная плотность энергии в два раза выше, чем у графитового анода, и материал сохраняет характеристики быстрой зарядки. Зарядка от 0% SoC до 90% SoC занимает самое раннее всего 6 минут, что почти полностью соответствует потребностям электромобилей. В настоящее время Toshiba объявила о соглашении о сотрудничестве с Sojitz и бразильской горнодобывающей компанией CBMM для совместной разработки и производства материала.

Кембриджский университет, ведущий университет в мире, также работает над разработкой анодных материалов для литий-ионных аккумуляторов большой емкости и с большим увеличением. В недавней статье, опубликованной в Nature, KentJ. Гриффит представил последнее исследование Кембриджского университета. Результаты: материалы Nb16W5O55 и Nb18W16O93, обратимая емкость этих двух материалов превышает 200 мАч / г при скорости C / 5, а коэффициент диффузии Li + в обоих материалах достигает 10-13-10-12 м2 / с, что намного выше, чем у LTO. (10-16-10-15м2 / с), поэтому он может обеспечить отличную производительность для частиц микронного размера. Более крупные частицы не только уменьшают площадь поверхности раздела активный материал / электролит, но также уменьшают возникновение побочных реакций. Плотность уплотнения материала значительно увеличена, поэтому оба материала работают исключительно хорошо с точки зрения удельной объемной емкости, и все материалы отрицательных электродов прокатываются.

2. Оптимизация формулы

Еще один ключ к определению производительности литий-ионной батареи - это ее конструкция. Внутри литий-ионной батареи есть два типа проводимости: «ионная проводимость» и «электронная проводимость». Ионная проводимость в основном включает Li + в электролите, внутренние поры электрода и внутреннюю диффузию активного материала, электронная проводимость - это, в основном, проводимость между частицами активного материала, и электронная проводимость может быть дополнительно разделена на «короткую». «проводимость на большие расстояния» и «проводимость на большие расстояния», например, проводящий агент, представленный углеродной сажей, в основном отвечает за проводимость на короткие расстояния, проводящий агент, представленный углеродным волокном и углеродными нанотрубками, в основном отвечает за проводимость на большие расстояния. Производительность литий-ионных аккумуляторов является комплексным проявлением нескольких проводящих форм. Исследования Саманты Л. Морелли и др. из Университета Дрекселя в США показал, что ключ к влиянию на быстродействие литий-ионных батарей не в том, что мы обычно называем «диффузией ионов». Процесс больше зависит от электронной проводимости. Например, производительность электрода с 3% углеродной сажи значительно лучше, чем у 2,5%, но согласно теории ограничения «переноса ионов», большее количество углеродной сажи означает, что более извилистый канал диффузии Li + снизит скорость производительность литий-ионных аккумуляторов. В то же время это исследование показывает, что проводимость на малых расстояниях, обеспечиваемая углеродной сажей, адсорбированной на поверхности частиц NCM, может улучшить быстродействие литий-ионных батарей по сравнению с проводимостью на больших расстояниях.

Достичь высоких скоростных характеристик просто не сложно. Трудно сбалансировать скоростные характеристики с плотностью энергии. Вообще говоря, соотношение производительности и плотности энергии противоречиво. Найти баланс между ними очень сложно. Кадзуаки Кису и др. из Токийского университета сельского хозяйства и технологий в Японии получил наилучшее сочетание толщины покрытия и плотности уплотнения (70 мкм и 2,9 г / см ³ ) путем анализа импеданса электродов NCM с различной толщиной покрытия и плотностью уплотнения. Когда плотность уплотнения слишком высока, пористость электрода резко падает, что приводит к увеличению сопротивления диффузии ионов, а более низкая плотность уплотнения приведет к увеличению контактного сопротивления. Следовательно, только соответствующая плотность уплотнения может гарантировать отличные характеристики множителя литий-ионного аккумулятора, а также учитывать характеристики высокой плотности энергии.

3. Выбор конструкции батареи.

Как контролировать температуру при разряде тарифной батареи - тоже очень важная проблема. Во время процесса сильноточной разрядки литий-ионный аккумулятор выделяет большое количество тепла. Накопление тепла внутри литий-ионного аккумулятора вызывает повышение температуры. Большие температурные градиенты, поэтому внутренний распад литий-ионных батарей непостоянен, что влияет на срок службы литий-ионных батарей. Как выбрать подходящую структуру становится все более важным. С помощью электрической и тепловой модели поляризации двухмерной формы и расположения уха полюса литиево-ионного аккумулятора для тепловых характеристик литий-ионного аккумулятора большого размера, исследования показали, что влияние ширины уха и установленной толщины жидкости для литий-ионных аккумуляторов в распределении температуры в процессе разряда, чем уже полюсное ушко, тем тоньше установленное в аккумуляторе распределение температуры жидкости внутри неоднородности, тем больше также обнаружено, что когда аккумуляторное полюсное ушко на клеммах аккумулятора может эффективно уменьшаться разрядка при внутренней температуре АКБ в процессе неоднородности.

Путем выбора подходящих материалов, составов и структур внутренний импеданс и поляризация литий-ионной батареи во время большой разрядки могут быть уменьшены, неравномерность температуры может быть уменьшена, а быстродействие батареи может быть эффективно улучшено. Повышение производительности - комплексный проект, который необходимо рассматривать с учетом множества факторов. То, что я представил, - всего лишь капля в море. Трудно избежать некоторых упущений и упущений в знаниях. Надеюсь, вы меня поправите и изложите свою точку зрения.

Страница содержит содержимое машинного перевода.