Коэффициент заряда и разряда литий-ионного аккумулятора

Скорость заряда и разряда литий-ионного аккумулятора определяет, насколько быстро мы можем сохранить определенное количество энергии в аккумуляторе или как быстро мы можем высвободить энергию в аккумуляторе. Конечно, этот процесс хранения и выпуска является контролируемым, безопасным и не оказывает значительного влияния на срок службы батареи или другие показатели производительности.

Коэффициент множителя особенно важен, когда батареи используются в качестве энергоносителей для электромобилей. Представьте себе, что если вы ведете электромобиль по делам и обнаруживаете, что электричество заканчивается на полпути, и вы находите зарядную станцию для зарядки автомобиля, и она не заполнена после часа зарядки, это может задержать вашу работу. Работа. Или, может быть, ваш электромобиль взбирается на крутой холм и, как бы сильно вы ни нажимали на педаль газа, он медленный, как черепаха, и вы не можете встать и хотите его толкнуть.

Очевидно, мы не хотим видеть эти сцены выше, но это текущая ситуация с литий-ионными аккумуляторами, время зарядки велико, разряд не может быть слишком сильным, иначе аккумулятор скоро стареет, и даже могут возникнуть проблемы с безопасностью. Но во многих приложениях нам нужны батареи с высокой скоростью заряда и разряда, поэтому мы снова застряли в «батарее». Чтобы литий-ионные батареи развивались лучше, важно понимать, что ограничивает их энергетические характеристики.

Характеристики скорости заряда и разряда литий-ионного аккумулятора напрямую связаны с миграционной способностью иона лития в положительном и отрицательном электродах, электролите и на границе раздела между ними. Все факторы, влияющие на скорость миграции иона лития (эти факторы также могут быть эквивалентны внутреннему сопротивлению аккумулятора), будут влиять на характеристики скорости заряда и разряда литий-ионного аккумулятора. Кроме того, скорость рассеивания тепла внутри батареи также является важным фактором, влияющим на производительность умножителя. Если скорость рассеивания тепла низкая, тепло, накопленное во время зарядки и разрядки с высокой скоростью, не может быть передано наружу, что серьезно скажется на безопасности и сроке службы литий-ионного аккумулятора. Таким образом, исследование и улучшение характеристик заряда и разряда литий-ионных аккумуляторов в основном сосредоточено на улучшении скорости миграции литий-ионных аккумуляторов и скорости рассеивания тепла внутри аккумулятора.

1. Улучшите способность к диффузии ионов лития положительных и отрицательных электродов.

Скорость, с которой ионы лития отделяются и внедряются в положительный / отрицательный активный материал, то есть скорость, с которой ионы лития покидают положительный / отрицательный активный материал или находят место в активном материале с поверхности положительного / отрицательного электрод, является важным фактором, влияющим на скорость зарядки и разрядки.

Во всем мире, например, каждый год проводится много марафонов, хотя все они в основном в одно и то же время, ширина дороги ограничена, однако, слишком много людей участвовало (а иногда и до десятков тысяч человек), вызывает взаимное скопление людей, плюс Физические качества участников неравномерны, команда, наконец, превратилась в сверхдлинный фронт. Кто-то быстро приходит к финишу, кто-то опаздывает на несколько часов, кто-то теряет сознание и останавливается на полпути.

Диффузия и движение ионов лития в положительном / отрицательном электроде в основном такие же, как и при марафоне, при этом некоторые бегут медленно, а некоторые быстро. Кроме того, разная длина дороги, которую они выбирают, серьезно ограничивает время окончания гонки (все финишируют). Поэтому мы не хотим бежать марафон. Всем лучше пробежать 100 метров. Расстояние достаточно короткое, чтобы каждый мог быстро добраться до финиша. Таким образом, рефери кольцо, тысячи солдат и лошадей вместе до конца гонки, в конце гонки быстро, с отличными характеристиками.

Мы надеемся, что в случае положительного материала электродный лист должен быть достаточно тонким, то есть толщина активного материала должна быть небольшой, что эквивалентно сокращению расстояния между дорожками, поэтому мы надеемся увеличить плотность уплотнения положительного материала. как можно больше. В активном материале должно быть достаточно пор, чтобы оставить канал для конкуренции ионов лития. При этом эти «взлетно-посадочные полосы» должны быть распределены равномерно, а не кое-где и не кое-где. Это требует оптимизации структуры материала анода, изменения расстояния и структуры между частицами и достижения равномерного распределения. Два приведенных выше пункта на самом деле противоречат друг другу. Для повышения плотности уплотнения, хотя толщина становится меньше, зазор между частицами станет меньше, и взлетно-посадочная полоса будет казаться переполненной. Напротив, поддержание определенного зазора между частицами не способствует уменьшению толщины материала. Следовательно, необходимо найти точку баланса для достижения оптимальной скорости миграции ионов лития.

Кроме того, на коэффициент диффузии ионов лития существенно влияют материалы анода. Поэтому выбор материалов анода с высоким коэффициентом диффузии ионов лития для улучшения характеристик умножителя является важным направлением.

Идея обработки материалов отрицательного электрода аналогична таковой для материалов положительного электрода. Он в основном основан на структуре, размере и толщине материалов, чтобы уменьшить разницу концентраций ионов лития в материалах отрицательных электродов и улучшить диффузионную способность ионов лития в материалах отрицательных электродов. Взяв в качестве примера анодные материалы на основе углерода, в последние годы исследования наноуглеродных материалов (нанотрубки, нанопроволоки, наносферы и т. Д.) Могут значительно улучшить удельную поверхность, внутреннюю структуру и диффузионный канал анодных материалов путем замены традиционная слоистая структура анода, что значительно улучшает характеристики множителя анодных материалов.

2. Улучшение ионной проводимости электролитов.

Ионы лития участвуют в гонке между положительным и отрицательным материалом, но гонка в электролите идет плавно.

В плавании ключом к скорости становится снижение сопротивления воды (электролита). В последние годы, пловцы обычно носят акулы костюмы, которые могут значительно снизить сопротивление воды на поверхности тела человека, тем самым улучшая производительность спортсменов и становится очень спорной темой. Ионы лития должны перемещаться между положительным и отрицательным полюсами, как плавание в «бассейне», состоящем из электролита и корпуса батареи. Ионная проводимость электролита, как и сопротивление воды, имеет большое влияние на скорость плавания ионов лития. В настоящее время органический электролит, используемый в литий-ионной батарее, будь то жидкий электролит или твердый электролит, имеет не очень высокую ионную проводимость. Сопротивление электролита становится важной частью сопротивления всей батареи.

Помимо улучшения ионной проводимости электролитов, следует также подчеркнуть химическую и термическую стабильность электролитов. При зарядке и разрядке с высокой скоростью диапазон электрохимического окна аккумулятора очень широк. Если химическая стабильность электролита невысока, он легко окисляется и разлагается на поверхности анодного материала, что влияет на ионную проводимость электролита. Термическая стабильность электролита имеет большое влияние на безопасность и срок службы литий-ионного аккумулятора, потому что электролит будет выделять много газа, когда он разлагается под действием тепла. С одной стороны, это представляет скрытую опасность для безопасности аккумулятора; с другой стороны, некоторое количество газа разрушит пленку SEI на поверхности отрицательного электрода, влияя на его рабочие характеристики.

Следовательно, выбор электролитов с высокой литий-ионной проводимостью, хорошей химической и термической стабильностью и совместимость с материалами электродов является важным направлением для улучшения характеристик умножителя литий-ионных аккумуляторов.

3. Уменьшите внутреннее сопротивление аккумулятора.

Существует несколько различных типов материалов и их интерфейсов, которые формируют значения сопротивления, но все они влияют на ионную / электронную проводимость.

Как правило, проводящие агенты будут добавляться внутрь активного материала положительного электрода, чтобы уменьшить контактное сопротивление между активным материалом и жидкостью положительной матрицы / коллектора, улучшить проводимость положительного материала (ионную и электронную проводимость) и улучшить мультипликатор производительности. Различные материалы и разные формы проводящих агентов будут влиять на внутреннее сопротивление батареи и, таким образом, влиять на ее характеристики умножения.

Положительный и отрицательный коллектор (полюсное ухо) является носителем энергии между литий-ионным аккумулятором и внешним миром. Следовательно, характеристики умножителя и срок службы литий-ионной батареи могут быть улучшены путем изменения материала, размера, метода извлечения и процесса соединения собирающей жидкости.

Степень инфильтрации электролита и анодного материала будет влиять на контактное сопротивление на границе раздела между электролитом и электродом, тем самым влияя на характеристики умножителя батареи. Общее количество электролита, вязкость, содержание примесей и пористость материалов положительного и отрицательного электрода изменят контактное сопротивление между электролитом и электродом, что является важным направлением исследований для улучшения характеристик умножителя.

Во время первого цикла ионно-литиевой батареи в отрицательном электроде будет образовываться слой пленки из твердого электролита (SEI), поскольку ионы лития внедряются в отрицательный электрод. Хотя пленка SEI имеет хорошую ионную проводимость, она все же оказывает некоторое препятствие на диффузию ионов лития, особенно в случае высокоскоростного заряда и разряда. С увеличением продолжительности цикла пленка SEI будет отваливаться, отслаиваться и осаждаться на поверхности отрицательного электрода, что приводит к увеличению внутреннего сопротивления отрицательного электрода, что становится фактором, влияющим на характеристики соотношения циклов. Следовательно, управление сменой пленки SEI также может улучшить характеристики умножителя в долгосрочном цикле литий-ионной батареи.

Кроме того, абсорбция и пористость мембраны также имеют большое влияние на проницаемость для ионов лития, а также в определенной степени (относительно небольшие) влияют на характеристики умножителя литий-ионной батареи.

Страница содержит содержимое машинного перевода.