Litium-ioon-batterye word “skommelstoel-tipe” batterye genoem. Gelaaide ione beweeg tussen die positiewe en negatiewe elektrodes om ladingoordrag te realiseer en krag aan eksterne stroombane of lading vanaf ‘n eksterne kragbron te verskaf.

Tydens die spesifieke laaiproses word die eksterne spanning aan die twee pole van die battery toegepas, en die litiumione word uit die positiewe elektrodemateriaal onttrek en die elektroliet binnedring. Terselfdertyd gaan oortollige elektrone deur die positiewe stroomkollektor en beweeg na die negatiewe elektrode deur die eksterne stroombaan; die litiumione is in die elektroliet. Dit beweeg van die positiewe elektrode na die negatiewe elektrode, wat deur die diafragma na die negatiewe elektrode beweeg; die SEI-film wat deur die oppervlak van die negatiewe elektrode gaan, is ingebed in die grafiet-gelaagde struktuur van die negatiewe elektrode en kombineer met elektrone.

Gedurende die werking van ione en elektrone sal die batterystruktuur wat die ladingoordrag beïnvloed, hetsy elektrochemies of fisies, die vinnige laaiprestasie beïnvloed.

Die vereistes van vinnige laai vir alle dele van die battery

Wat batterye betref, as jy die kragprestasie wil verbeter, moet jy hard werk in alle aspekte van die battery, insluitend die positiewe elektrode, die negatiewe elektrode, die elektroliet, die skeier en die strukturele ontwerp.

positiewe elektrode

Trouens, byna alle soorte katode materiaal kan gebruik word om vinnig-laai batterye te maak. Die belangrike eienskappe wat gewaarborg moet word, sluit in geleidingsvermoë (verminder interne weerstand), diffusie (verseker reaksiekinetika), lewensduur (moenie verduidelik nie), en veiligheid (moenie verduidelik nie), Behoorlike verwerkingsprestasie (die spesifieke oppervlak moet nie te groot wees nie groot om newe-reaksies te verminder en veiligheid te dien).

Natuurlik kan die probleme wat vir elke spesifieke materiaal opgelos moet word anders wees, maar ons algemene katodemateriale kan aan hierdie vereistes voldoen deur ‘n reeks optimaliserings, maar verskillende materiale verskil ook:

A. Litium-ysterfosfaat kan meer gefokus wees op die oplossing van die probleme van geleidingsvermoë en lae temperatuur. Die uitvoer van koolstofbedekking, matige nanoisering (let op dat dit matig is, dit is beslis nie ‘n eenvoudige logika dat hoe fyner hoe beter nie), en die vorming van ioongeleiers op die oppervlak van die deeltjies die mees tipiese strategieë is.

B. Die ternêre materiaal self het relatief goeie elektriese geleidingsvermoë, maar die reaktiwiteit daarvan is te hoog, so drieledige materiale voer selde nano-skaal werk uit (nano-isasie is nie ‘n wondermiddel-agtige teenmiddel teen die verbetering van materiaalprestasie nie, veral in die veld van batterye Daar is soms baie anti-gebruike in China), en meer aandag word gegee aan veiligheid en onderdrukking van newe-reaksies (met elektroliet). Die huidige lewensduur van drieledige materiale lê immers in veiligheid, en onlangse batteryveiligheidsongelukke het ook gereeld voorgekom. Stel hoër vereistes voor.

C. Litiummanganaat is belangriker in terme van lewensduur. Daar is ook baie litium-manganaat-gebaseerde vinnig-laai batterye op die mark.

negatiewe elektrode

Wanneer ‘n litiumioonbattery gelaai word, migreer litium na die negatiewe elektrode. Die buitensporige hoë potensiaal wat veroorsaak word deur vinnige laai en groot stroom sal veroorsaak dat die negatiewe elektrodepotensiaal meer negatief is. Op hierdie tydstip sal die druk van die negatiewe elektrode om litium vinnig te aanvaar toeneem, en die neiging om litiumdendriete te genereer sal toeneem. Daarom moet die negatiewe elektrode nie net die litiumdiffusie tydens vinnige laai bevredig nie. Die kinetikavereistes van die litiumioonbattery moet ook die veiligheidsprobleem oplos wat veroorsaak word deur die verhoogde neiging van litiumdendriete. Daarom is die belangrike tegniese probleem van die vinnige laaikern die invoeging van litiumione in die negatiewe elektrode.

A. Tans is die dominante negatiewe elektrodemateriaal in die mark steeds grafiet (wat ongeveer 90% van die markaandeel uitmaak). Die fundamentele rede is goedkoop, en die omvattende verwerkingsprestasie en energiedigtheid van grafiet is relatief goed, met relatief min tekortkominge. . Natuurlik is daar ook probleme met die grafiet negatiewe elektrode. Die oppervlak is relatief sensitief vir die elektroliet, en die litium-interkalasiereaksie het ‘n sterk rigting. Daarom is dit belangrik om hard te werk om die strukturele stabiliteit van die grafietoppervlak te verbeter en die diffusie van litiumione op die substraat te bevorder. rigting.

B. Harde koolstof en sagte koolstof materiale het ook baie ontwikkeling gesien in die afgelope jare: harde koolstof materiale het ‘n hoë litium invoeging potensiaal en het mikroporieë in die materiale, so die reaksie kinetika is goed; en sagte koolstofmateriale het goeie versoenbaarheid met elektroliet, MCMB Die materiale is ook baie verteenwoordigend, maar harde en sagte koolstofmateriale is oor die algemeen laag in doeltreffendheid en hoog in koste (en stel jou voor dat grafiet dieselfde goedkoop is, ek is bevrees dat dit nie hoopvol uit ‘n industriële oogpunt), so die huidige verbruik is baie minder as grafiet, en meer gebruik in sommige spesialiteite Op die battery.

C. Wat van litiumtitanaat? Om dit kortliks te stel: die voordele van litiumtitanaat is hoë kragdigtheid, veiliger en ooglopende nadele. Die energiedigtheid is baie laag, en die koste is hoog wanneer dit deur Wh bereken word. Daarom is die oogpunt van litiumtitanaatbattery ‘n nuttige tegnologie met voordele in spesifieke geleenthede, maar dit is nie geskik vir baie geleenthede wat hoë koste en vaarafstand vereis nie.

D. Silikonanodemateriale is ‘n belangrike ontwikkelingsrigting, en Panasonic se nuwe 18650-battery het met die kommersiële proses van sulke materiale begin. Hoe om ‘n balans te bewerkstellig tussen die strewe na nanometerverrigting en die algemene mikronvlakvereistes van battery-industrieverwante materiale is egter steeds ‘n meer uitdagende taak.

Diafragma

Met betrekking tot krag-tipe batterye, hoë-stroom werking stel hoër vereistes vir hul veiligheid en lewensduur. Diafragma-bedekkingstegnologie kan nie omseil word nie. Keramiekbedekte diafragmas word vinnig uitgestoot weens hul hoë veiligheid en die vermoë om onsuiwerhede in die elektroliet te verbruik. Veral die effek van die verbetering van die veiligheid van ternêre batterye is besonder betekenisvol.

Die belangrikste stelsel wat tans vir keramiek diafragmas gebruik word, is om aluminadeeltjies op die oppervlak van tradisionele diafragmas te bedek. ‘n Relatief nuwe metode is om soliede elektrolietvesels op die diafragma te bedek. Sulke diafragmas het laer interne weerstand, en die meganiese ondersteuningseffek van veselverwante diafragmas is beter. Uitstekend, en dit het ‘n laer neiging om die diafragma-porieë te blokkeer tydens diens.

Na bedekking het die diafragma goeie stabiliteit. Selfs al is die temperatuur relatief hoog, is dit nie maklik om te krimp en te vervorm en ‘n kortsluiting te veroorsaak nie. Jiangsu Qingtao Energy Co., Ltd. ondersteun deur die tegniese ondersteuning van die Nan Cewen-navorsingsgroep van die Skool vir Materiale en Materiale van die Tsinghua Universiteit het ‘n verteenwoordiger in hierdie verband. Werkende, die diafragma word in die figuur hieronder getoon.

elektroliet

Die elektroliet het ‘n groot invloed op die werkverrigting van vinnig laaiende litiumioonbatterye. Om die stabiliteit en veiligheid van die battery onder vinnige laai en hoë stroom te verseker, moet die elektroliet aan die volgende eienskappe voldoen: A) kan nie ontbind word nie, B) hoë geleidingsvermoë, en C) is inert teenoor die positiewe en negatiewe materiale. Reageer of los op.

As jy aan hierdie vereistes wil voldoen, is die sleutel om bymiddels en funksionele elektroliete te gebruik. Byvoorbeeld, die veiligheid van ternêre vinnig laaiende batterye word grootliks daardeur beïnvloed, en dit is nodig om verskeie anti-hoë temperatuur, vlamvertragende en anti-oorlaai bymiddels daarby te voeg om die veiligheid daarvan tot ‘n sekere mate te verbeter. Die ou en moeilike probleem van litiumtitanaatbatterye, hoë-temperatuur winderigheid, moet ook verbeter word deur hoë-temperatuur funksionele elektroliet.

Battery struktuur ontwerp

‘n Tipiese optimaliseringstrategie is die gestapelde VS-wikkeltipe. Die elektrodes van die gestapelde battery is gelykstaande aan ‘n parallelle verhouding, en die wikkeltipe is gelykstaande aan ‘n serieverbinding. Daarom is die interne weerstand van eersgenoemde baie kleiner en is dit meer geskik vir die kragtipe. geleentheid.

Daarbenewens kan pogings aangewend word op die aantal oortjies om die probleme van interne weerstand en hitte-afvoer op te los. Daarbenewens is die gebruik van hoëgeleidingselektrodemateriale, die gebruik van meer geleidende middels en dunner elektrodes ook strategieë wat oorweeg kan word.

Kortom, die faktore wat die ladingbeweging binne die battery en die tempo van inbring van elektrodegate beïnvloed, sal die vinnige laaivermoë van litium-ioonbatterye beïnvloed.

Oorsig van vinnige laai tegnologie roetes vir hoofstroom vervaardigers

Ningde era

Wat die positiewe elektrode betref, het CATL die “superelektroniese netwerk”-tegnologie ontwikkel, wat litiumysterfosfaat uitstekende elektroniese geleidingsvermoë maak; op die negatiewe elektrode grafiet oppervlak word die “vinnige ioon ring” tegnologie gebruik om die grafiet te verander, en die gemodifiseerde grafiet neem beide super vinnige laai en hoë in ag. Met die eienskappe van energiedigtheid het die negatiewe elektrode nie meer oormatige by- produkte tydens vinnige laai, sodat dit 4-5C vinnige laai kapasiteit het, realiseer 10-15 minute vinnige laai en laai, en kan die energie-digtheid van die stelsel vlak bo 70wh/kg verseker, die bereiking van 10,000 siklus lewe.

Wat termiese bestuur betref, erken sy termiese bestuurstelsel die “gesonde laai-interval” van die vaste chemiese stelsel by verskillende temperature en SOC’s, wat die werkstemperatuur van litium-ioonbatterye aansienlik verbreed.

Waterma

Waterma is nie so goed die afgelope tyd nie, kom ons praat net oor tegnologie. Waterma gebruik litium-ysterfosfaat met ‘n kleiner deeltjiegrootte. Tans het die algemene litiumysterfosfaat op die mark ‘n deeltjiegrootte tussen 300 en 600 nm, terwyl Waterma slegs 100 tot 300 nm litiumysterfosfaat gebruik, dus sal litiumione hê Hoe vinniger die migrasiespoed, hoe groter kan die stroom wees. aangekla en ontslaan. Vir ander stelsels as batterye, versterk die ontwerp van termiese bestuurstelsels en stelselveiligheid.

Mikrokrag

In die vroeë dae het Weihong Power litiumtitanaat + poreuse saamgestelde koolstof met spinelstruktuur gekies wat vinnige laai en hoë stroom as die negatiewe elektrodemateriaal kan weerstaan; om die bedreiging van hoë kragstroom vir batteryveiligheid tydens vinnige laai te voorkom, Weihong Power Kombinasie van nie-brandende elektroliet, hoë porositeit en hoë deurlaatbaarheid diafragma tegnologie en STL intelligente termiese beheer vloeistof tegnologie, kan dit die veiligheid van die battery verseker wanneer die battery vinnig gelaai word.

In 2017 het dit ‘n nuwe generasie hoë-energiedigtheid batterye aangekondig, wat hoë-kapasiteit en hoë-krag litium manganaat katode materiaal gebruik, met ‘n enkele energiedigtheid van 170wh/kg, en wat 15 minute vinnige laai bereik. Die doel is om lewens- en veiligheidskwessies in ag te neem.

Zhuhai Yinlong

Litiumtitanaatanode is bekend vir sy wye bedryfstemperatuurreeks en groot laai-ontladingstempo. Daar is geen duidelike data oor die spesifieke tegniese metodes nie. In gesprek met die personeel by die uitstalling word gesê dat die vinnige laai daarvan 10C kan bereik en die lewensduur is 20,000 XNUMX keer.

Die toekoms van vinnige laai tegnologie

Of die vinnige laai-tegnologie van elektriese voertuie ‘n historiese rigting of ‘n kortstondige verskynsel is, trouens, daar is nou verskillende menings, en daar is geen gevolgtrekking nie. As ‘n alternatiewe metode om kilometers-angs op te los, word dit op dieselfde platform oorweeg met battery-energiedigtheid en algehele voertuigkoste.

Energiedigtheid en vinnige laai-prestasie, in dieselfde battery, kan gesê word dat dit twee onversoenbare rigtings is en kan nie gelyktydig bereik word nie. Die strewe na battery-energiedigtheid is tans die hoofstroom. Wanneer die energiedigtheid hoog genoeg is en die batterykapasiteit van ‘n voertuig groot genoeg is om die sogenaamde “reeksangs” te voorkom, sal die vraag na batterytempo-laaiprestasie verminder word; terselfdertyd, as die batterykrag groot is, as die batterykoste per kilowatt-uur nie laag genoeg is nie, is dit dan nodig? Ding Kemao se aankoop van elektrisiteit wat voldoende is vir “nie angstig” vereis van verbruikers om ‘n keuse te maak. As jy daaraan dink, het vinnige laai waarde. Nog ‘n standpunt is die koste van vinnige laai-fasiliteite, wat natuurlik deel is van die koste van die hele samelewing om elektrifisering te bevorder.

Of vinnige laai-tegnologie op groot skaal bevorder kan word, die energiedigtheid en vinnige laai-tegnologie wat vinnig ontwikkel, en die twee tegnologieë wat koste verlaag, kan ‘n deurslaggewende rol in die toekoms speel.