Причина, по которой литиевая батарея не может быстро заряжаться

Для чисто электрических транспортных средств с литий-ионными аккумуляторами трудности с зарядкой по-прежнему являются большой проблемой, поэтому «быстрая зарядка» стала уловкой для многих производителей. Автор считает, что проблему быстрого заряда литиевого электричества необходимо анализировать с двух уровней.

На уровне ядра удвоение производительности литий-ионных аккумуляторов ограничено характеристиками собственной передачи материалов положительного / электролитного / отрицательного электрода, а с другой стороны, электродный процесс и конструкция структуры сердечника также имеют большее влияние на удвоение. представление..

Однако с точки зрения проводимости и транспортирования наиболее важных носителей, литиевое электричество не подходит для «быстрой зарядки». Характерная проводимость носителей и транспортное поведение литиевой электрической системы зависят от проводимости материалов положительного и отрицательного электродов, коэффициента диффузии ионов лития и проводимости органических электролитов. На основе встроенного механизма реакции литий-ионный положительный материал (оливин одномерного ионного канала, коэффициенты диффузии в двухмерном канальном слоистом материале и трехмерный канальный шпинельный положительный материал) и отрицательный графитовый материал отрицательного электрода ( слоистая структура) обычно на несколько порядков ниже константы скорости гетерогенной окислительно-восстановительной реакции в водяных вторичных батареях.

Более того, ионная проводимость органических электролитов на два порядка ниже, чем у водных вторичных батарей (сильные кислоты или сильные основания). Поверхность отрицательного электрода из лития имеет слой мембраны SEI. Фактически, удвоение лития в значительной степени контролируется диффузией ионов лития в мембране SEI. Поскольку поляризация порошковых электродов в органических электролитах намного серьезнее, чем в водных системах, литий можно легко анализировать на отрицательных поверхностях при большом увеличении или в условиях низких температур, что создает серьезную угрозу безопасности.

Кроме того, в условиях зарядки большой мощности решетка материала положительного электрода уязвима для разрушения, и слой графитового листа отрицательного электрода также может быть поврежден. Эти факторы ускорят ослабление емкости, что серьезно повлияет на срок службы элемента питания. Следовательно, основные характеристики встроенной реакции определяют, что литий-ионные батареи не подходят для зарядки высокой мощности. Результаты подтвердили, что срок службы одной батареи значительно сократится в режимах быстрой зарядки и быстрой разрядки, а производительность батареи значительно снизится на более позднем этапе использования.

Конечно, некоторые читатели могут сказать, что батареи из титаната лития (LTO) можно заряжать и разряжать с большой скоростью?

Удвоение способности титаната лития можно объяснить его кристаллической структурой и коэффициентом диффузии ионов. Однако плотность энергии литий-титанатных батарей очень мала, и использование их типа мощности основано на принесении в жертву плотности энергии. Это приводит к высокой стоимости единицы энергии ($ / Втч) литий-титанатных батарей, а низкое соотношение цены и качества определяет батарею из титаната лития. Невозможно стать мейнстримом развития литиевой энергетики. Фактически, вялые продажи аккумуляторов Toshiba SCiB в Японии на протяжении многих лет показали наличие проблемы.

На уровне ядра производительность удвоения может быть улучшена с точки зрения технологии электродов и конструкции сердечника. Например, такие меры, как уменьшение толщины электродов или увеличение доли проводящих агентов, являются обычно используемыми техническими мерами. Более того, некоторые производители даже используют экстремальные методы, такие как удаление термистора в сердечнике и загущение застывшей жидкости. Фактически, многие производители аккумуляторных батарей в Китае используют данные своих LFP-аккумуляторов с высокой скоростью 30 ° C или даже 50 ° C в качестве технической изюминки.

Что я хочу здесь отметить, так это то, что метод тестирования не является неправильным, но то, какие изменения произошли внутри ядра, является ключевым. В течение длительного периода большого увеличения, возможно, структура положительного и отрицательного полюсов была разрушена, а отрицательные полюса уже проанализировали литий. Эти проблемы требуют использования методов обнаружения на месте (таких как SEM, XRD, нейтронная дифракция и т. Д.). Может быть ясно. К сожалению, эти методы тестирования на месте мало применяются в отечественных компаниях по производству аккумуляторов.

Также хотелось бы напомнить читателям, чем отличается процесс заряда литиевого электрического разряда от процесса разряда. В отличие от процесса зарядки, повреждения, вызванные разрядом литиевого электрического разряда (внешняя работа) аккумулятора, не так серьезны, как быстрая зарядка. Это похоже на другие водные вторичные батареи. Однако для фактического использования электромобилей потребность в зарядке высокой мощности (быстрая зарядка), несомненно, более актуальна, чем разрядка большим током.

Подняться до уровня заряда будет сложнее. Зарядное напряжение и зарядный ток разных отдельных ячеек несовместимы во время процесса зарядки, и время зарядки силового элемента неизбежно превысит время зарядки отдельного элемента. Это означает, что хотя обычная технология зарядки может также зарядить отдельный элемент до половины своей емкости за 30 минут, аккумуляторная батарея наверняка превысит это время, что отчасти означает, что преимущества технологии быстрой зарядки не очень очевидны.

Кроме того, во время использования (разряда) литий-ионных аккумуляторов потребление и время разряда их емкости не линейны, а ускоряются со временем. Например, когда у электромобиля полный пробег составляет 200 километров, когда он составляет 100 километров в норме, у аккумуляторной батареи может остаться 80% емкости. Когда емкость аккумулятора составляет 50%, электромобиль может проехать только 50 километров.

Эта характеристика литий-ионных аккумуляторов говорит нам о том, что простой зарядки элементов питания до половины или 80% недостаточно для удовлетворения реальных потребностей электромобилей. Например, продвижение Tesla технологии быстрой зарядки на самом деле является скорее уловкой, чем практичностью, по мнению автора, и быстрая зарядка серьезно ухудшит срок службы и производительность аккумулятора, а также создаст риски для безопасности.

Поскольку литий по существу не подходит для быстрой зарядки, теоретически режим переключения может компенсировать его недостатки быстрой зарядки. Хотя проектирование силовой батареи в виде подключаемого типа вызовет проблемы с конструкционной прочностью автомобиля и электрической изоляцией, а также есть супер проблемы со стандартами и отговорками по батареям, но я лично считаю, что эта модель является технически (и только технически ) возможное решение проблемы быстрой зарядки лития.

На мой взгляд, модель «аренда батарей + выключатель» не имеет прецедентов в мировом масштабе, за исключением проблемы потребительских привычек (владельцы считают батареи своей частной собственностью, как автомобили). Основное препятствие заключается в огромном распределении преимуществ, скрытых за техническими стандартами. В сильно рыночно ориентированных западных странах решить эту проблему намного сложнее, чем в Китае. Лично автор считает, что в будущем в Китае может появиться больше возможностей для развития электромобилей в сфере автобусов и такси.

Страница содержит содержимое машинного перевода.