Какие факторы влияют на емкость быстрой зарядки литиевых батарей?

Каждая литиевая батарея имеет оптимальное значение зарядного тока при различных параметрах состояния и параметрах окружающей среды. Затем, с точки зрения конструкции аккумулятора, какие факторы влияют на оптимальное значение заряда.

Микроскопический процесс зарядки

Литиевые батареи называются батареями типа «кресло-качалка», и заряженные ионы перемещаются между положительным и отрицательным электродами для передачи заряда, питания внешних цепей или зарядки от внешнего источника питания. Во время определенного процесса зарядки внешнее напряжение прикладывается к двум полюсам батареи, ионы лития деинтеркалируются из материала положительного электрода, попадают в электролит, а избыточные электроны генерируются через положительный токоприемник и перемещаются к отрицательному электроду через внешняя цепь; ионы лития находятся в электролите. Положительный электрод движется к отрицательному электроду и проходит через сепаратор, чтобы достичь отрицательного электрода; Пленка SEI, проходящая через поверхность отрицательного электрода, встроена в слоистую структуру отрицательного графита и связана с электроном.

Во время всей работы ионов и электронов структура батареи, которая влияет на перенос заряда, будь то электрохимический или физический, будет влиять на характеристики быстрой зарядки.

Быстрая зарядка, требования ко всем частям аккумулятора

Что касается батареи, если вы хотите улучшить характеристики мощности, вам нужно много работать над всеми аспектами батареи, включая положительный электрод, отрицательный электрод, электролит, диафрагму и конструктивный дизайн.

Положительный

Фактически, почти все виды катодных материалов могут использоваться для изготовления быстро заправляемых аккумуляторов. Основными требованиями являются гарантированная проводимость (пониженное внутреннее сопротивление), диффузия (гарантированная кинетика реакции), долговечность (объяснять не нужно) и безопасность (не требуется). Объясните), правильное выполнение обработки (удельная поверхность не должна быть слишком большой, чтобы уменьшить побочные реакции, в целях безопасности). Конечно, проблемы, которые необходимо решить для каждого конкретного материала, могут отличаться, но наши общие катодные материалы можно оптимизировать с помощью ряда оптимизаций, но разные материалы также различаются:

Фосфат лития-железа может быть более ориентирован на решение проблем проводимости и низкой температуры. Углеродное покрытие, умеренная нанокристаллизация (обратите внимание, что это умеренная, определенно не такая тонкая, как простая логика), образование ионных проводников на поверхности частиц - наиболее типичная стратегия.

B, тройной материал сам по себе имеет хорошую проводимость, но его реакционная способность слишком высока, поэтому у тройного материала мало работы по нанокристаллизации (нанокристаллизация не является противоядием от улучшения характеристик металлургического материала, особенно в области батарей. Иногда в системе возникает много реакций. Больше внимания уделяется безопасности и ингибированию (и электролитам) побочных эффектов. В конце концов, главная цель тройных материалов - безопасность. Недавние происшествия, связанные с безопасностью батарей, также происходят часто. Были повышены требования.

C, манганат лития более важен для продолжительности жизни, на рынке также есть много литиево-марганцевых батарей с быстрой зарядкой.

Отрицательный электрод

Когда литий-ионный аккумулятор заряжен, литий перемещается к отрицательному электроду. Чрезмерно высокий потенциал, вызванный быстрой зарядкой и большим током, приведет к тому, что потенциал отрицательного электрода будет более отрицательным. В это время давление отрицательного электрода, быстро принимающего литий, станет больше, и тенденция к образованию дендритов лития станет больше. Следовательно, отрицательный электрод должен не только обеспечивать диффузию лития во время быстрой зарядки. Кинетические требования, но также для решения проблем безопасности, вызванных повышенной тенденцией к образованию дендритов лития, поэтому основная техническая трудность сердечника с быстрым зарядом заключается в введении ионов лития в отрицательный электрод.

Доминирующим анодным материалом на рынке по-прежнему является графит (около 90% доли рынка), основная причина - не он, дешевый (вы слишком дороги каждый день, восклицательный знак!), А также высокая производительность обработки графита, плотность энергии Аспекты относительно хороши, а недостатков относительно мало. Конечно, отрицательный электрод из графита тоже проблема. Его поверхность более чувствительна к электролитам. Реакция внедрения лития имеет сильную направленность. Поэтому, в основном, необходимо работать, чтобы осуществить обработку поверхности графита, улучшить свою структурную стабильность, а также способствовать диффузии ионов лития на подложке. направление.

B, твердый углерод и мягкие углеродные материалы также были разработаны в последние годы: твердые углеродные материалы имеют высокий потенциал внедрения лития, микропоры в материале и хорошую кинетику реакции; и мягкие углеродные материалы имеют хорошую совместимость с электролитами, MCMB. Материалы также очень представительны, но твердые и мягкие углеродные материалы, как правило, имеют низкую эффективность и высокую стоимость (и представьте, что графит настолько дешев, насколько я надеюсь, с промышленной точки зрения вид), поэтому текущее использование намного меньше, чем графитовое, и больше используется в некоторых специальных батареях.

C, кто-нибудь меня спросит, как работает титанат лития. Проще говоря: титанат лития имеет преимущества высокой удельной мощности, большей безопасности и очевидных недостатков. Плотность энергии очень низкая, а стоимость вычислений высока в соответствии с Wh. Поэтому взгляд автора на батареи из титаната лития всегда был: это полезная технология, которая имеет преимущества в определенных ситуациях, но не подходит для многих случаев, когда стоимость и дальность плавания высоки.

D, кремниевый анодный материал является важным направлением развития, новая батарея 18650 Panasonic начала коммерческий процесс для таких материалов. Но как достичь баланса между стремлением к производительности в нанотехнологиях и общими требованиями индустрии аккумуляторов к материалам в микронном масштабе, все еще остается сложной задачей.

Диафрагма

Для силовых батарей работа с высоким током безопасна и обеспечивает более высокий ожидаемый срок службы. Технология покрытия диафрагмы неотделима. Благодаря своей высокой безопасности сепаратор с керамическим покрытием может быстро отталкивать примеси в электролите, особенно для повышения безопасности тройной батареи. Основная система, используемая в настоящее время в керамических диафрагмах, - это покрытие частиц оксида алюминия на поверхности обычных диафрагм. Относительно новый подход заключается в нанесении на мембрану волокон из твердого электролита. Такие мембраны имеют низкое внутреннее сопротивление и механическая поддержка эффект волокон на мембране больше Отлично, и она имеет более низкую тенденцию блокировать отверстие диафрагмы во время службы.

После нанесения покрытия сепаратор имеет хорошую устойчивость. Даже если температура относительно высока, его непросто сжать и деформировать, что приведет к короткому замыканию. Компания Jiangsu Qingtao Energy Co., Ltd., техническая поддержка академического исследователя Школы материалов Университета Цинхуа, имеет некоторые характерные аспекты в этом отношении. Работа, диафрагма показана ниже.

Электролит

Электролит имеет большое влияние на производительность быстро заряжаемого литий-ионного аккумулятора. Чтобы обеспечить стабильность и безопасность аккумулятора при быстрой зарядке и большом токе, электролит должен соответствовать следующим характеристикам: A) не может разлагаться, B) высокая проводимость, C) инертен к положительным и отрицательным материалам, не может Реагировать или раствориться. Если эти требования должны быть выполнены, ключевым моментом является использование добавок и функциональных электролитов. Например, от этого сильно зависит безопасность тройных быстрозаряжаемых аккумуляторов. Необходимо добавить различные антивысокотемпературные, огнестойкие и противозарядные присадки, чтобы в определенной степени защитить их, а также литий-титанатные батареи. Старая проблема, высокотемпературный метеоризм, также зависит от высокотемпературного функционального электролита.

Конструкция аккумуляторной батареи

Типичная стратегия оптимизации - это наборный и намотанный тип. Электроды многослойной батареи эквивалентны параллельному соединению, а тип обмотки эквивалентен последовательному соединению. Следовательно, внутреннее сопротивление первого намного меньше, и он больше подходит для силового типа. случай. Кроме того, вы можете серьезно поработать над количеством полюсов, чтобы решить проблемы с внутренним сопротивлением и рассеиванием тепла. Кроме того, следует учитывать использование материалов электродов с высокой проводимостью, использование более проводящих агентов и покрытие более тонких электродов.

Короче говоря, факторы, влияющие на движение внутреннего заряда батареи и скорость погружения электродной полости, будут влиять на способность быстрой зарядки литиевой батареи.

Будущее технологии быстрой зарядки

Технология быстрой зарядки электромобилей - это направление истории или взгляд в прошлое. На самом деле существует много разных мнений и нет никаких выводов. В качестве альтернативы решению проблемы с пробегом он рассматривается на платформе с плотностью энергии аккумулятора и общей стоимостью транспортного средства.

Можно сказать, что плотность энергии и скорость быстрой зарядки в одной и той же батарее несовместимы в обоих направлениях, но не в обоих. Погоня за плотностью энергии батарей в настоящее время является мейнстримом. Когда плотность энергии достаточно высока, нагрузка на один автомобиль достаточно велика, чтобы избежать так называемого «беспокойства о пробеге», потребность в производительности заряда аккумулятора будет снижена; в то же время мощность велика, если стоимость энергии батареи недостаточно низка, то необходимость покупки электроэнергии, которая не вызывает беспокойства, требует от потребителей делать выбор. Если задуматься, то быстрая зарядка будет иметь значение. Другой аспект - стоимость устройств быстрой зарядки, упомянутых вчера, которые, конечно же, являются частью затрат на электрификацию всего общества.

Подводя итог, можно ли широко продвигать технологию быстрой зарядки, плотность энергии и технология быстрой зарядки, которые быстро развиваются, и две технологии, которые позволяют значительно снизить стоимость, могут сыграть решающую роль в их будущих перспективах.

Страница содержит содержимое машинного перевода.