Какие факторы ограничивают быструю зарядку литиевых батарей?

Микроскопический процесс зарядки

Литиевые батареи называются батареями «рокерского типа», в которых электрические ионы перемещаются между положительным и отрицательным полюсами, обеспечивая перенос заряда, питание внешних цепей или зарядку от внешних источников питания. В конкретном процессе зарядки внешнее напряжение нагружается на два полюса батареи, и ион лития извлекается из материала положительного электрода и попадает в электролит. В то же время избыточные электроны генерируются через установленную жидкость положительного электрода и перемещаются к отрицательному электроду через внешнюю цепь; Литий-ионный перемещается от положительного к отрицательному в электролите и проходит через диафрагму, чтобы достичь отрицательного электрода; Мембрана SEI, которая проходит через отрицательную поверхность, встроена в слоистую структуру отрицательного графита и связывается с электронами.

Во время всей работы ионов и электронов структуры ячеек, которые влияют на перенос заряда, будь то электрохимический или физический, будут влиять на быстродействие зарядки.

Быстрая зарядка, требования ко всем частям аккумулятора

Что касается батарей, если вы хотите улучшить характеристики мощности, вам необходимо работать со всеми частями батареи, включая положительную, отрицательную, электролитную, диафрагму и конструктивную конструкцию.

положительный электрод

Фактически, для изготовления аккумуляторов с быстрой зарядкой могут использоваться все виды положительных материалов.Основные свойства, которые необходимо гарантировать, включают проводимость (пониженное внутреннее сопротивление), диффузию (гарантированная кинетика реакции), срок службы (объяснения не требуются), безопасность (объяснения не требуются ), надлежащая производительность обработки (не слишком большая для площади поверхности, снижение побочных эффектов, для безопасности). Конечно, могут быть различия в задачах, которые необходимо решить для каждого конкретного материала, но наши общие положительные материалы могут соответствовать этим требованиям за счет ряда оптимизаций, но разные материалы также различаются:

Ответ: Фосфат лития-железа может быть больше ориентирован на решение проблем электропроводности и низких температур. Углеродное покрытие, умеренные нанотехнологии (заметьте, умеренность, абсолютно не тонкая и лучшая простая логика), обработка ионных проводников на поверхности частиц - наиболее типичная стратегия.

B.Проводимость самого тройного материала относительно хорошая, но его реакционная способность слишком высока, поэтому тройной материал имеет небольшую работу по нанокристаллизации (нанокристаллизация не является противоядием от улучшения характеристик металлургического материала, особенно в В области батарей. Иногда в системе происходит много реакций. Больше внимания уделяется безопасности и ингибированию (и электролитам) побочных эффектов. В конце концов, главная цель тройных материалов - безопасность. Недавние аварии, связанные с безопасностью батарей, также нередки. Были предъявлены более высокие требования.

C, манганат лития более важен для жизни, на рынке также есть много быстро перезаряжаемых литиевых манганатных батарей.

отрицательный электрод

Когда литий-ионный аккумулятор заряжен, литий перемещается к отрицательному электроду. Чрезмерно высокий потенциал, вызванный быстрой зарядкой большими токами, приведет к более отрицательному потенциалу. В настоящее время доминирующим анодным материалом на рынке по-прежнему является графит (около 90% доли рынка), основная причина не в нем - дешевизна (вы слишком дороги каждый день, восклицательный знак!), А также комплексную производительность обработки и энергия графита Плотность относительно хорошая, а недостатки относительно невелики. Конечно, с графитовыми анодами тоже есть проблемы. Поверхность чувствительна к электролитам, и реакция интеркаляции 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.

A: отрицательным материалом, который в настоящее время доминирует на рынке, по-прежнему является графит (на его долю приходится около 90% доли рынка). Основная причина - не дешево (вы всегда боитесь батарей, восклицательных знаков!) И производительность комплексной обработки графита, плотность энергии относительно хорошие, относительно мало недостатков. Конечно, есть проблемы с графитовыми отрицательными полюсами. Поверхность более чувствительна к электролитам. Реакция внедрения лития имеет сильную направленность. Поэтому обработка поверхности графита, повышение его структурной стабильности и содействие диффузии ионов лития на основе являются основными потребностями. Направление усилия.

B, твердый углерод и мягкие углеродные материалы также получили широкое развитие в последние годы: твердые углеродные материалы имеют высокий литиевый потенциал, и в материале есть микропоры, поэтому кинетика реакции хорошая; Совместимость мягких углеродных материалов с электролитами хорошая, и материалы MCMB также очень представительны, но общая эффективность твердых и мягких углеродных материалов низкая, а стоимость высока (и, я боюсь, это так же дешево, как графит. не перспективен с промышленной точки зрения). Следовательно, нынешнее количество намного меньше, чем графита. Еще о каких-то специальных батарейках.

C, Некоторые люди спросят меня, что такое титанат лития. Проще говоря: титанат лития обладает преимуществом высокой плотности мощности, безопасности, очевидных недостатков, низкой плотности энергии и высокой стоимости в Втч. Поэтому взгляд автора на батареи из титаната лития всегда заключался в том, что это полезная технология, которая имеет преимущества в определенных ситуациях, но не подходит для многих случаев, когда требования к стоимости и пробегу высоки.

D, силиконовый материал отрицательного электрода является важным направлением развития, новая батарея 18650 Panasonic начала коммерческий процесс таких материалов. Но как достичь баланса между характеристиками нанокристаллов и общими требованиями к микронному уровню, предъявляемыми к производству аккумуляторов, все еще остается сложной задачей.

Диафрагма

Для аккумуляторных батарей силового типа работа с большим током предъявляет более высокие требования к их безопасности и сроку службы. Технология покрытия диафрагмы разматывается, и диафрагма с керамическим покрытием быстро отталкивается из-за ее высокой безопасности и может поглощать примеси в электролите, особенно для повышения безопасности тройной батареи. Современная система, используемая в керамической диафрагме, предназначена для покрытия частиц оксида алюминия на поверхности традиционной диафрагмы. Более новый подход заключается в нанесении на диафрагму волокон из твердого электролита. Внутреннее сопротивление такой диафрагмы ниже, и в качестве диафрагмы используется волокно. Эффект механической поддержки лучше. Кроме того, он имеет меньшую тенденцию к закупорке отверстия диафрагмы во время обслуживания.

электролит

Электролит оказывает большое влияние на производительность литий-ионных аккумуляторов с быстрой зарядкой. Чтобы обеспечить стабильность и безопасность аккумулятора при быстрой зарядке большим током, электролит должен соответствовать следующим характеристикам: A) не может разлагаться, B) высокая проводимость, C) инертен к материалу положительного и отрицательного электрода, не может реагировать или растворяться. Если вы хотите соответствовать этим требованиям, главное - использовать добавки и функциональные электролиты. Например, от этого сильно зависит безопасность тройных быстрых перезаряжаемых батарей. Для повышения безопасности в определенной степени необходимо добавлять различные антивысокотемпературные, огнестойкие и антизарядные присадки. Старая и трудная проблема литий-титанатных батарей, высокотемпературный газ, также должна быть решена с помощью высокотемпературных функциональных электролитов.

Конструкция аккумуляторной батареи

Типичная стратегия оптимизации - это ламинированная обмотка VS. Электроды многослойной батареи довольно параллельны, а тип обмотки - последовательно. Следовательно, первый имеет гораздо меньшее внутреннее сопротивление и больше подходит для ситуаций силового типа. Кроме того, вы также можете поработать над количеством полярных ушей, чтобы решить проблему внутреннего сопротивления и рассеивания тепла. Кроме того, использование материалов электродов с высокой проводимостью, использование более проводящих агентов и покрытие более тонких электродов также являются стратегиями, которые можно рассмотреть.

Короче говоря, факторы, которые влияют на движение внутреннего заряда батареи и скорость отверстия встроенного электрода, будут влиять на способность быстрой зарядки литиевой батареи.

Страница содержит содержимое машинного перевода.