Какие факторы влияют на быструю зарядку литиевых батарей?

Каждая литиевая батарея имеет оптимальное значение зарядного тока при различных параметрах состояния и параметрах окружающей среды. Затем, исходя из структуры батареи, какие факторы влияют на это 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 внешнюю 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 конструктивную конструкцию.

Положительный электрод

Фактически, почти все виды материалов положительных электродов могут быть использованы для изготовления быстро заправляемых батарей. Основные характеристики, которые необходимо гарантировать, включают проводимость (пониженное внутреннее сопротивление), диффузию (гарантированную кинетику реакции), долговечность (объяснять не нужно) и безопасность (не требуется). Объясните), надлежащие характеристики обработки (удельная поверхность не может быть слишком большой, уменьшите побочные реакции, для служб 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:

A. Литий-фосфат железа может быть больше ориентирован на решение проблем проводимости и низких температур. 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.

Б. Электропроводность 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 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 аккумуляторной батареи, также происходят часто. Были повышены требования .

C. Манганат лития более важен для жизни, на рынке много быстрозаряжаемых манганатных аккумуляторов лития.

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, но и решать проблемы безопасности, вызванные повышенной тенденцией к образованию дендритов лития, поэтому основная техническая трудность сердечника с быстрым зарядом заключается в введении ионов лития в отрицательный электрод.

A. В настоящее время доминирующим анодным материалом на рынке по-прежнему является графит (на его долю приходится около 90% доли рынка), основная причина - немалая цена, а характеристики комплексной обработки и удельная энергия графита превосходны, и недостатков относительно немного. . 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 направлении подложки.

B. В последние годы были разработаны твердые углеродные и мягкие углеродные материалы: твердые углеродные материалы имеют высокий потенциал внедрения лития, микропоры в материалах 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. Как насчет титаната 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. Таким образом, с точки зрения титаната лития батарея является полезной технологией, которая дает преимущества в определенных ситуациях, но не подходит для многих случаев, когда стоимость и дальность плавания высоки.

D. Кремниевый анодный материал - важное направление развития. Новый аккумулятор 18650 от Panasonic начал коммерческий процесс производства 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 большим током предъявляет более высокие требования к безопасности и долговечности. Технология покрытия диафрагмы неразрывна. Мембраны с керамическим покрытием быстро оттесняются из-за их высокой безопасности и способности поглощать примеси в электролите. Эффект безопасности особенно заметен с точки зрения безопасности тройных батарей.

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.

Электролит

Электролит оказывает 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) проводимость высокая, 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. Для их определенной защиты необходимо добавлять различные антивысокотемпературные антипирены и добавки, предотвращающие перегрузку. Проблема старых литиевых батарей титаната, метеоризма при высокой температуре, но также полагаться на высокотемпературный функциональный электролит для улучшения.

Конструкция аккумуляторной батареи

Типичная стратегия оптимизации - это многослойная обмотка VS. Электроды многослойной батареи эквивалентны параллельному соединению, а тип обмотки эквивалентен последовательному соединению. Следовательно, внутреннее сопротивление первого намного меньше, и он больше подходит для случая силового типа.

Кроме того, вы можете серьезно поработать над количеством полюсов, чтобы решить проблемы с внутренним сопротивлением и рассеиванием 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, 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 низкая, тогда, необходимо ли покупать электричество, которое «не волнует» Дин Кечжэнь, заставляет потребителей делать выбор. Если задуматься, быстрая зарядка будет иметь значение. Другой аспект - это стоимость устройств быстрой зарядки, которая, конечно же, является частью затрат на электрификацию всего общества.

Будет ли широко продвигаться технология быстрой зарядки, кто быстрее развивает плотность энергии и технологию быстрой зарядки и кто так сильно снижает стоимость этих двух технологий, может сыграть решающую роль в их будущем.

Страница содержит содержимое машинного перевода.