Почему литиевые батареи не заряжаются быстро?

Для чисто электрических транспортных средств с литий-ионными аккумуляторами зарядка по-прежнему является большой проблемой, поэтому «быстрая зарядка» стала уловкой многих производителей. Автор лично считает, что проблему быстрой зарядки литиевых батарей нужно анализировать с двух уровней.

На уровне элемента быстродействие литий-ионной батареи ограничивается характеристиками собственной передачи системы катод / электролит / материал отрицательного электрода. С другой стороны, процесс полюсного наконечника и конструкция ячеистой структуры также имеют более высокие показатели скорости.

Однако литиевая батарея не подходит для «быстрой зарядки» из-за самой собственной проводимости и передачи носителя. Собственная проводимость носителей и операция транспортировки литиевой аккумуляторной системы в основном зависят от проводимости положительных и отрицательных материалов, коэффициента диффузии ионов лития и проводимости органического электролита. На основе встроенного механизма реакции ионы лития диффундируют в материале положительного электрода (оливин с одномерным ионным каналом, слоистый материал с двумерным каналом и материал катода из шпинели с трехмерным каналом) и материал анода графита отрицательного электрода (слоистая структура). обычно на несколько порядков ниже константы скорости гетерогенной окислительно-восстановительной реакции в водной вторичной батарее.

Более того, ионная проводимость органического электролита на два порядка ниже, чем у водного электролита вторичной батареи (сильная кислота или сильное основание). Поверхность отрицательного электрода литиевой батареи имеет слой пленки SEI. Фактически, быстродействие литиевой батареи в значительной степени контролируется диффузией ионов лития в пленке SEI. Поскольку поляризация порошкового электрода в органическом электролите намного серьезнее, чем поляризация водной системы, поверхность отрицательного электрода склонна к осаждению лития в высокоскоростных или низкотемпературных условиях, что представляет серьезную угрозу безопасности.

Кроме того, в условиях высокоскоростной зарядки решетка материала положительного электрода легко повреждается, и отрицательный графитовый лист также может быть поврежден. Эти факторы ускоряют уменьшение емкости, тем самым серьезно влияя на срок службы аккумуляторной батареи. Следовательно, основные характеристики встроенной реакции определяют, что литий-ионные аккумуляторы не подходят для высокоскоростной зарядки. Результаты исследования подтвердили, что срок службы отдельного элемента в режимах быстрой зарядки и быстрого высвобождения будет значительно сокращен, а производительность батареи значительно ухудшится после использования.

Конечно, некоторые читатели могут сказать, что батареи из титаната лития (LTO) нельзя заряжать и разряжать с большой скоростью.

Скоростные характеристики титаната лития можно объяснить его кристаллической структурой и коэффициентом диффузии ионов. Но плотность энергии батареи титаната лития очень низкая, которая зависит от использования достигнутой плотности энергии жертвоприношения типа мощности, что привело к высокой стоимости титанатной батареи литиевой батареи ($ / Втч) высокой стоимости, дешевый титанат лития решил не может стать мейнстрим развития литиевых батарей. Фактически, спад продаж аккумуляторов Toshiba SCiB в Японии уже объяснил проблему.

На уровне ячейки можно улучшить характеристики скорости с точки зрения процесса полюсного наконечника и конструкции ячейки. Например, такие меры, как уменьшение толщины электрода или увеличение доли проводящего агента, являются общими техническими средствами. Более того, даже производители применяют экстремальные методы, такие как устранение термистора в ячейке и утолщение коллектора тока. Фактически, многие отечественные производители аккумуляторов сделали данные своих аккумуляторов LFP с большим увеличением при 30 ° C или даже 50 ° C в качестве технической изюминки.

Я хочу отметить, что это можно понять как метод тестирования, но то, какие изменения произошли внутри ячейки, является ключевым. Длительный высокоскоростной заряд и разряд, возможно, структура положительных и отрицательных материалов была разрушена, а отрицательный электрод уже был осажден литием. Для решения этих проблем требуются некоторые методы обнаружения на месте (на месте) (такие как SEM, XRD и нейтронная дифракция). Чисто. К сожалению, отечественные производители аккумуляторов редко сообщают об этих методах обнаружения на месте.

Здесь автор также напоминает читателю обратить внимание на разницу между процессом зарядки и разрядки литиевой батареи. В отличие от процесса зарядки, литиевая батарея разряжается с большей скоростью (внешняя работа), и повреждение батареи не так серьезно, как при быстрой зарядке. Водяная вторичная батарея аналогична. Однако для фактического использования электромобилей потребность в высокоскоростной зарядке (быстрой зарядке), несомненно, более актуальна, чем сильноточная разрядка.

Когда он поднимется до уровня аккумуляторной батареи, ситуация усложняется. Во время процесса зарядки зарядное напряжение и зарядный ток разных отдельных ячеек несовместимы, что неизбежно приводит к тому, что время зарядки аккумуляторной батареи превышает время зарядки одной аккумуляторной батареи. Это означает, что хотя обычная технология зарядки может зарядить одну батарею до половины емкости за 30 минут, аккумулятор определенно превысит это время, а это означает, что преимущество технологии быстрой зарядки не очень очевидно.

Кроме того, во время использования (разряда) литий-ионного аккумулятора потребление емкости и время разряда не являются линейными, а ускоряются со временем. Например, если полный запас хода электромобиля составляет 200 километров, то при обычном пробеге 100 километров аккумуляторная батарея может иметь 80% емкости. Когда емкость аккумулятора составляет 50%, электромобиль может проехать только 50 километров.

Эта характеристика литий-ионных аккумуляторов говорит нам о том, что простая зарядка половины или 80% аккумуляторной батареи совершенно не способна удовлетворить фактические потребности электромобилей. Например, Tesla продвигает технологию более быстрой зарядки, которая на самом деле кажется более практичной, чем автор, а быстрая зарядка серьезно ухудшит время автономной работы и производительность, а также создаст риски для безопасности.

Поскольку литиевая батарея по существу не подходит для быстрой зарядки, теоретически режим переключения мощности может компенсировать ее недостатки быстрой зарядки. Хотя конструкция силовой батареи в виде съемного типа вызовет проблему прочности конструкции всего транспортного средства и проблему электрической изоляции, а также существуют супер-проблемы со стандартами и отговорками по батареям, я лично считаю, что этот режим является решением. к проблеме быстрой зарядки литиевых аккумуляторов. Технически (только технически) подход более осуществим.

На мой взгляд, причина, по которой «аренда аккумулятора + режим обмена энергии» не имеет успеха в мире, за исключением проблемы привычек потребления (владелец думает, что аккумулятор - это то же самое, что и частная собственность автомобиля), Основное препятствие заключается в огромном стандарте распределения процентов, стоящем за технологией. В высокоразвитых западных странах решить эту проблему намного сложнее, чем в Китае. Автор лично считает, что в будущем в области централизованного использования двух чистых электромобилей, таких как автобусы и такси в Китае, могут появиться большие возможности для развития.