Коэффициент заряда и разряда литий-ионного аккумулятора

Соотношение заряда и разряда литий-ионных аккумуляторов определяет, насколько быстро мы можем хранить определенное количество энергии в аккумуляторе или насколько быстро мы можем высвободить энергию в аккумуляторе. Конечно, этот процесс хранения и выпуска управляем, безопасен и существенно не влияет на время автономной работы и другие показатели производительности.

Коэффициент передаточного отношения особенно важен, когда аккумулятор используется в качестве электрического инструмента, особенно в качестве энергоносителя электромобилей. Представьте, что если вы ведете электромобиль по делам, вы обнаруживаете, что в середине почти нет электричества, находите зарядную станцию, чтобы зарядить его, и заправляете его в течение часа. По оценкам, все, что нужно сделать, было отложено. А может ваш электромобиль поднимается по крутому склону, как бы сильно вы ни нажимали на дроссель (электрическая дверь), но машина медленная, как черепаха, не может пройти, я бы хотел спуститься и толкнуть.

Очевидно, что это не то, что мы хотим видеть, это текущая ситуация с литий-ионными батареями. Зарядка занимает много времени, а разряд не может быть слишком бурным. В противном случае аккумулятор быстро изнашивается и может даже возникнуть проблемы с безопасностью. Но во многих приложениях нам нужно, чтобы аккумулятор имел большую производительность зарядки и разрядки, поэтому мы снова застряли здесь. Чтобы добиться лучшего развития литий-ионных аккумуляторов, необходимо понимать, какие факторы ограничивают удвоение производительности аккумуляторов.

Характеристики коэффициента перезарядки и разряда литий-ионных аккумуляторов напрямую связаны со способностью ионов лития мигрировать на положительных и отрицательных полюсах, электролитах и границах раздела между ними. Все факторы, которые влияют на скорость миграции ионов лития (эти факторы влияния также могут быть эквивалентны батареям. Внутреннее сопротивление), будут влиять на степень заряда и разряда ионно-литиевых батарей. Кроме того, скорость рассеивания тепла внутри батареи также является важным фактором, влияющим на характеристики соотношения. Если скорость рассеивания тепла низкая и тепло, накопленное при зарядке и разряде массы, не может передаваться, это серьезно повлияет на безопасность и срок службы литий-ионной батареи. Таким образом, для изучения и улучшения характеристик перезарядки и разряда литий-ионных аккумуляторов, в основном из двух аспектов: повышения скорости переноса литий-ионных аккумуляторов и рассеивания тепла внутри аккумулятора.

1. Улучшите способность литий-ионной диффузии положительных и отрицательных полюсов.

Скорость удаления и внедрения ионов лития в положительные / отрицательные активные вещества, то есть скорость, с которой у ионов лития заканчиваются положительные / отрицательные активные вещества, или насколько быстро можно найти положение внутри активного материала от положительного -отрицательная поверхность, которая является важным фактором, влияющим на скорость заряда и разряда.

Например, в мире ежегодно проводится много марафонов. Хотя все начинают в основном в одно и то же время, ширина дороги ограничена, а количество вовлеченных людей велико (иногда до десятков тысяч), что приводит к взаимным заторам. Физические качества участников неодинаковы. Команда в игре в конечном итоге станет чрезвычайно длинным фронтом. Кто-то быстро пришел к финишу. Кто-то опоздал на несколько часов. Кто-то упал в обморок и перестал есть.

Распространение и движение ионов лития на положительном / отрицательном полюсах в основном такое же, как и во время марафона. Медленный и быстрый бег вместе с разной продолжительностью их выбора сильно ограничивают время до конца игры (все люди заканчивают). Итак, мы не хотим бегать марафоны, лучше всего, если мы все пробежим 100 метров, дистанция будет достаточно короткой, чтобы каждый мог быстро добраться до финиша, а взлетно-посадочная полоса должна быть достаточно широкой, чтобы не теснить друг друга, дороги не должны извиваться, прямые линии лучше всего. Чтобы снизить сложность игры. В итоге судья позвонил и помчался до конца игры. Игра быстро закончилась, и игра была отличной.

Что касается положительного материала, мы надеемся, что электрод достаточно тонкий, то есть толщина активного материала мала, что эквивалентно сокращению расстояния дорожки, поэтому мы надеемся увеличить плотность уплотнения положительного материала, как как можно больше. Внутри активного материала должно быть достаточно отверстий, чтобы ионы лития могли играть, и в то же время эти «взлетно-посадочные полосы» должны быть распределены равномерно, не в некоторых местах, а не в некоторых местах, что требует оптимизации структуры. катодного материала. Измените расстояние и структуру между частицами для достижения равномерного распределения. Два приведенных выше пункта на самом деле противоречат друг другу и увеличивают плотность уплотнения. Хотя толщина становится меньше, зазор между частицами будет меньше, и взлетно-посадочная полоса будет казаться переполненной. И наоборот, поддержание определенной величины зазора между частицами не способствует уменьшению толщины материала. Следовательно, необходимо найти точку баланса для достижения наилучшей скорости миграции ионов лития.

Кроме того, положительные материалы из различных материалов оказывают значительное влияние на коэффициент диффузии ионов лития. Следовательно, выбор положительного материала с высоким коэффициентом диффузии ионов лития также является важным направлением для улучшения характеристик этого отношения.

Обработка негативных материалов аналогична обработке позитивных материалов. Он также фокусируется на структуре, размере и толщине материалов, уменьшении разницы концентраций ионов лития в отрицательных материалах и улучшении диффузии ионов лития в отрицательных материалах. способность. Если взять в качестве примера материалы с отрицательной полярностью на основе углерода, то в последние годы исследования наноуглеродных материалов (нанотрубки, нанопроволоки, нанопроволоки и т. Д.) Заменили традиционные отрицательные слоистые структуры, которые могут значительно улучшить удельную поверхность материалов с отрицательной полярностью. Внутренняя структура и диффузионные каналы, поэтому значительно улучшается удвоение материала отрицательного электрода.

2. Улучшение ионной проводимости электролитов.

Ионы лития играют в положительно-отрицательный материал, это гонка, в электролите на соревнованиях - плавание.

Соревнования по плаванию, как снизить сопротивление воды (электролита), стали ключом к увеличению скорости. В последние годы пловцы в основном носят костюмы акул. Этот вид купальника может значительно уменьшить сопротивление, образованное водой на поверхности человеческого тела, тем самым улучшая производительность спортсмена и становится очень спорной темой.

Ионы лития перемещаются между положительным и отрицательным полюсами, точно так же, как они плавают в «бассейне», состоящем из электролитов и батарейных отсеков. Ионная проводимость электролитов такая же, как сопротивление воды, что очень сильно влияет на скорость литий-ионного плавания. В настоящее время в литий-ионных батареях используются органические электролиты, будь то жидкие электролиты или твердые электролиты. , не имели высокой ионной проводимости. Сопротивление электролитов становится важной частью сопротивления батареи, и нельзя игнорировать влияние на характеристики литий-ионных батарей при большом увеличении.

Помимо улучшения ионной проводимости электролитов, нам также необходимо обратить внимание на химическую стабильность и термическую стабильность электролитов. Когда большое увеличение заряжается и разряжается, электрохимическое окно батареи изменяется в очень широком диапазоне. Если химическая стабильность электролита невысока, он легко окисляется и разлагается на поверхности катодного материала, что влияет на ионную проводимость электролита. Термическая стабильность электролита имеет большое влияние на безопасность и срок службы литий-ионной батареи, поскольку электролит выделяет много газа при термическом разложении. С одной стороны, это представляет скрытую опасность для безопасности аккумулятора, а с другой стороны, некоторые газы находятся на отрицательной поверхности. Мембрана SEI оказывает разрушающее действие. Это влияет на его эффективность при езде на велосипеде.

Поэтому выбор электролитов с высокой проводимостью, хорошей химической стабильностью и термической стабильностью, а также совместимость с материалами электродов является важным направлением для улучшения характеристик ионно-литиевых батарей.

3. Уменьшите внутреннее сопротивление аккумулятора.

Это включает в себя интерфейс между несколькими различными веществами и веществами, которые формируют значения сопротивления, но все они влияют на ионную / электронную проводимость.

Обычно проводящие агенты добавляются внутрь активных веществ с положительной полярностью, тем самым уменьшая сопротивление контакта между активными веществами, активными веществами и положительными основными / собирающими жидкостями, улучшая проводимость (ионную и электронную проводимость) материалов с положительной полярностью и улучшая характеристики скорости. Различные материалы, имеющие различную форму проводящих агентов, будут влиять на внутреннее сопротивление батареи, а затем влиять на ее плоидность.

Положительная и отрицательная коллекторная жидкость (полярное ухо) является переносчиком электрической энергии между литий-ионной батареей и внешним миром. Величина сопротивления жидкости коллектора также имеет большое влияние на характеристики умножителя батареи. Следовательно, изменяя материал, размер, метод извлечения и процесс соединения затвердевшей жидкости, можно улучшить удвоение производительности и срок службы ионно-литиевой батареи.

Степень инфильтрации электролитов и материалов отрицательных электродов будет влиять на контактное сопротивление на границе раздела между электролитами и электродами, тем самым влияя на производительность батареи. Общее количество электролитов, вязкость, содержание примесей, пористость материалов положительных и отрицательных электродов и т. Д. Изменят контактное сопротивление электролитов и электродов, что является важным направлением исследований для улучшения характеристик увеличения.

Во время первого цикла литий-ионных батарей, когда ионы лития внедряются в отрицательный электрод, на отрицательном электроде образуется слой мембраны из твердого электролита (SEI). Хотя мембрана SEI имеет хорошую ионную проводимость, она все же оказывает определенное влияние на диффузию ионов лития. Обструктивный эффект, особенно при высокой скорости зарядки и разрядки. С увеличением количества циклов мембрана SEI будет продолжать падать, отслаиваться и откладываться на отрицательной поверхности, что приводит к постепенному увеличению внутреннего сопротивления отрицательного электрода, что стало фактором, влияющим на выполнение цикла удвоения скорости. Следовательно, управление заменой мембраны SEI может также улучшить удвоение производительности литий-ионных батарей в течение длительного цикла.

Кроме того, скорость абсорбции жидкости и пористость сепаратора также имеют большое влияние на прохождение ионов лития, а также в некоторой степени влияют на быстродействие (относительно небольшие) литий-ионной батареи.

Страница содержит содержимое машинного перевода.