تسمى بطاريات الليثيوم أيون بطاريات “من نوع الكرسي الهزاز”. تتحرك الأيونات المشحونة بين الأقطاب الموجبة والسالبة لتحقيق نقل الشحنة وتزويد الطاقة للدوائر الخارجية أو الشحن من مصدر طاقة خارجي.

أثناء عملية الشحن المحددة ، يتم تطبيق الجهد الخارجي على قطبي البطارية ، ويتم استخراج أيونات الليثيوم من مادة القطب الموجب وتدخل في الإلكتروليت. في الوقت نفسه ، تمر الإلكترونات الزائدة عبر مجمع التيار الموجب وتنتقل إلى القطب السالب عبر الدائرة الخارجية ؛ توجد أيونات الليثيوم في المنحل بالكهرباء. ينتقل من القطب الموجب إلى القطب السالب ، ويمر عبر الحجاب الحاجز إلى القطب السالب ؛ يتم تضمين فيلم SEI الذي يمر عبر سطح القطب السالب في بنية طبقات الجرافيت للقطب السالب ويتحد مع الإلكترونات.

خلال تشغيل الأيونات والإلكترونات ، سيؤثر هيكل البطارية الذي يؤثر على نقل الشحنة ، سواء الكهروكيميائية أو الفيزيائية ، على أداء الشحن السريع.

متطلبات الشحن السريع لجميع اجزاء البطارية

فيما يتعلق بالبطاريات ، إذا كنت ترغب في تحسين أداء الطاقة ، فيجب أن تعمل بجد في جميع جوانب البطارية ، بما في ذلك القطب الموجب والقطب السالب والإلكتروليت والفاصل والتصميم الهيكلي.

القطب الموجب

في الواقع ، يمكن استخدام جميع أنواع مواد الكاثود تقريبًا لصنع بطاريات سريعة الشحن. تشمل الخصائص المهمة التي يجب ضمانها الموصلية (تقليل المقاومة الداخلية) ، والانتشار (ضمان حركية التفاعل) ، والعمر (لا تشرح) ، والسلامة (لا تشرح) ، وأداء المعالجة المناسب (لا ينبغي أن تكون مساحة السطح المحددة أيضًا كبيرة لتقليل ردود الفعل الجانبية وخدمة السلامة).

بالطبع ، قد تكون المشكلات التي يتعين حلها لكل مادة محددة مختلفة ، لكن مواد الكاثود الشائعة لدينا يمكنها تلبية هذه المتطلبات من خلال سلسلة من التحسينات ، ولكن تختلف المواد المختلفة أيضًا:

ج: قد يكون فوسفات الحديد الليثيوم أكثر تركيزًا على حل مشاكل التوصيل ودرجة الحرارة المنخفضة. تنفيذ طلاء الكربون ، النانو المعتدل (لاحظ أنه معتدل ، إنه بالتأكيد ليس منطقًا بسيطًا أنه كلما كان ذلك دقيقًا كان ذلك أفضل) ، وتشكيل الموصلات الأيونية على سطح الجزيئات هي الاستراتيجيات الأكثر شيوعًا.

ب. تتمتع المادة الثلاثية نفسها بموصلية كهربائية جيدة نسبيًا ، ولكن تفاعلها مرتفع جدًا ، لذلك نادرًا ما تقوم المواد الثلاثية بعمل على نطاق النانو (لا يعتبر النانو ترياقًا شبيهًا بتحسين أداء المواد ، خاصة في مجال البطاريات هناك في بعض الأحيان العديد من الاستخدامات المضادة في الصين) ، ويتم إيلاء المزيد من الاهتمام لسلامة وقمع التفاعلات الجانبية (مع المنحل بالكهرباء). بعد كل شيء ، يكمن العمر الحالي للمواد الثلاثية في السلامة ، كما أن حوادث سلامة البطاريات الحديثة تحدث بشكل متكرر. طرح متطلبات أعلى.

يعتبر منغنات الليثيوم أكثر أهمية من حيث عمر الخدمة. هناك أيضًا العديد من بطاريات الشحن السريع القائمة على منغنات الليثيوم في السوق.

القطب السالب

عندما يتم شحن بطارية ليثيوم أيون ، يهاجر الليثيوم إلى القطب السالب. ستؤدي الإمكانات العالية المفرطة الناتجة عن الشحن السريع والتيار الكبير إلى أن تكون إمكانات القطب السالب أكثر سلبية. في هذا الوقت ، سيزداد ضغط القطب السالب لقبول الليثيوم بسرعة ، وسيزداد الميل لتوليد تشعبات الليثيوم. لذلك ، يجب ألا يرضي القطب السالب انتشار الليثيوم أثناء الشحن السريع فقط. يجب أن تحل متطلبات الخواص الحركية لبطارية أيون الليثيوم أيضًا مشكلة السلامة الناتجة عن الميل المتزايد لتغصنات الليثيوم. لذلك ، تتمثل الصعوبة الفنية المهمة في قلب الشحن السريع في إدخال أيونات الليثيوم في القطب السالب.

ج في الوقت الحاضر ، لا تزال مادة القطب السالب السائدة في السوق هي الجرافيت (تمثل حوالي 90٪ من حصة السوق). السبب الأساسي رخيص ، وأداء المعالجة الشامل وكثافة طاقة الجرافيت جيدة نسبيًا ، مع وجود القليل من أوجه القصور نسبيًا. . بالطبع ، هناك أيضًا مشاكل مع القطب السالب للجرافيت. السطح حساس نسبيًا للإلكتروليت ، ويكون رد فعل إقحام الليثيوم اتجاهيًا قويًا. لذلك ، من المهم العمل الجاد لتحسين الاستقرار الهيكلي لسطح الجرافيت وتعزيز انتشار أيونات الليثيوم على الركيزة. اتجاه.

ب. شهدت مواد الكربون الصلب والكربون الناعم أيضًا تطورًا كبيرًا في السنوات الأخيرة: المواد الكربونية الصلبة لها إمكانات عالية لإدخال الليثيوم ولها مسام دقيقة في المواد ، وبالتالي فإن حركية التفاعل جيدة ؛ تتمتع المواد الكربونية اللينة بتوافق جيد مع المنحل بالكهرباء ، MCMB ، المواد أيضًا تمثيلية للغاية ، لكن المواد الكربونية الصلبة والناعمة منخفضة الكفاءة بشكل عام وعالية التكلفة (وتخيل أن الجرافيت هو نفسه رخيص ، أخشى أنه ليس كذلك نأمل من وجهة نظر صناعية) ، وبالتالي فإن الاستهلاك الحالي أقل بكثير من الجرافيت ، وأكثر استخدامًا في بعض التخصصات على البطارية.

جيم ماذا عن تيتانات الليثيوم؟ لوضعها بإيجاز: مزايا تيتانات الليثيوم هي كثافة الطاقة العالية ، والأكثر أمانًا ، والعيوب الواضحة. كثافة الطاقة منخفضة للغاية ، والتكلفة مرتفعة عند حسابها بواسطة Wh. لذلك ، تعتبر وجهة نظر بطارية تيتانات الليثيوم تقنية مفيدة لها مزايا في مناسبات محددة ، ولكنها ليست مناسبة للعديد من المناسبات التي تتطلب تكلفة عالية ونطاق إبحار.

تعتبر مواد أنود السيليكون اتجاهًا هامًا للتطوير ، وقد بدأت بطارية باناسونيك 18650 الجديدة العملية التجارية لمثل هذه المواد. ومع ذلك ، فإن كيفية تحقيق التوازن بين السعي لتحقيق أداء نانومتر والمتطلبات العامة على مستوى الميكرون للمواد المتعلقة بصناعة البطاريات لا تزال مهمة أكثر صعوبة.

غشاء

فيما يتعلق بالبطاريات من نوع الطاقة ، فإن التشغيل عالي التيار يفرض متطلبات أعلى على سلامتها وعمرها. لا يمكن التحايل على تقنية طلاء الحجاب الحاجز. يتم دفع الأغشية المطلية بالسيراميك للخارج بسرعة بسبب سلامتها العالية وقدرتها على استهلاك الشوائب في الإلكتروليت. على وجه الخصوص ، فإن تأثير تحسين سلامة البطاريات الثلاثية له أهمية خاصة.

أهم نظام مستخدم حاليًا لأغشية السيراميك هو طلاء جزيئات الألومينا على سطح الأغشية التقليدية. هناك طريقة جديدة نسبيًا تتمثل في طلاء ألياف المنحل بالكهرباء الصلبة على الحجاب الحاجز. تتمتع هذه الأغشية بمقاومة داخلية أقل ، ويكون تأثير الدعم الميكانيكي للأغشية المرتبطة بالألياف أفضل. ممتاز وله ميل أقل لسد مسام الحجاب الحاجز أثناء الخدمة.

بعد الطلاء ، يتمتع الحجاب الحاجز بثبات جيد. حتى لو كانت درجة الحرارة مرتفعة نسبيًا ، فليس من السهل أن تتقلص وتشوه وتتسبب في حدوث ماس كهربائي. شركة Jiangsu Qingtao Energy Co.، Ltd. مدعومة بالدعم الفني لمجموعة أبحاث Nan Cewen التابعة لكلية المواد والمواد بجامعة Tsinghua ، لديها بعض الممثلين في هذا الصدد. أثناء العمل ، يظهر الحجاب الحاجز في الشكل أدناه.

بالكهرباء

للإلكتروليت تأثير كبير على أداء بطاريات الليثيوم أيون سريعة الشحن. لضمان استقرار وسلامة البطارية في ظل الشحن السريع والتيار العالي ، يجب أن يفي المحلول الكهربائي بالخصائص التالية: أ) لا يمكن تحللها ، ب) الموصلية العالية ، وج) خامل في المواد الإيجابية والسلبية. يتفاعل أو يذوب.

إذا كنت ترغب في تلبية هذه المتطلبات ، فإن المفتاح هو استخدام المواد المضافة والإلكتروليتات الوظيفية. على سبيل المثال ، تتأثر سلامة بطاريات الشحن السريع الثلاثية بشكل كبير بها ، ومن الضروري إضافة العديد من الإضافات المضادة للحرارة العالية ومثبطات اللهب ومقاومة الشحن الزائد إليها لتحسين سلامتها إلى حد معين. يجب أيضًا تحسين المشكلة القديمة والصعبة لبطاريات تيتانات الليثيوم ، وانتفاخ البطن الناتج عن درجات الحرارة العالية ، عن طريق إلكتروليت وظيفي عالي الحرارة.

تصميم هيكل البطارية

استراتيجية التحسين النموذجية هي نوع اللف VS المكدس. الأقطاب الكهربائية للبطارية المكدسة مكافئة لعلاقة متوازية ، ونوع اللف مكافئ لاتصال متسلسل. لذلك ، فإن المقاومة الداخلية للأول أصغر بكثير وهي أكثر ملاءمة لنوع الطاقة. مناسبات.

بالإضافة إلى ذلك ، يمكن بذل الجهود بشأن عدد علامات التبويب لحل مشاكل المقاومة الداخلية وتبديد الحرارة. بالإضافة إلى ذلك ، فإن استخدام مواد إلكترود عالية التوصيل ، واستخدام المزيد من العوامل الموصلة ، وطلاء أقطاب أرق هي أيضًا من الاستراتيجيات التي يمكن أخذها في الاعتبار.

باختصار ، ستؤثر العوامل التي تؤثر على حركة الشحن داخل البطارية ومعدل إدخال ثقوب الأقطاب على قدرة الشحن السريع لبطاريات الليثيوم أيون.

نظرة عامة على طرق تقنية الشحن السريع للمصنعين الرئيسيين

عصر نينغده

فيما يتعلق بالإلكترود الموجب ، طورت CATL تقنية “الشبكة الإلكترونية الفائقة” ، والتي تجعل فوسفات الحديد الليثيوم له موصلية إلكترونية ممتازة. على سطح الجرافيت الكهربائي السالب ، تُستخدم تقنية “حلقة الأيونات السريعة” لتعديل الجرافيت ، ويأخذ الجرافيت المعدل في الاعتبار كلاً من الشحن السريع والعالي مع خصائص كثافة الطاقة ، لم يعد القطب السالب يحتوي على مفرط المنتجات أثناء الشحن السريع ، بحيث تتمتع بقدرة شحن سريعة تتراوح من 4 إلى 5 درجات مئوية ، مما يحقق شحنًا وشحنًا سريعًا لمدة 10-15 دقيقة ، ويمكن أن يضمن كثافة الطاقة لمستوى النظام أعلى من 70 وات / كجم ، مما يحقق 10,000 دورة حياة.

فيما يتعلق بالإدارة الحرارية ، يتعرف نظام الإدارة الحرارية الخاص بها تمامًا على “فاصل الشحن الصحي” للنظام الكيميائي الثابت عند درجات حرارة مختلفة و SOCs ، مما يوسع بدرجة كبيرة درجة حرارة التشغيل لبطاريات الليثيوم أيون.

واترما

Waterma ليس جيدًا مؤخرًا ، دعنا نتحدث فقط عن التكنولوجيا. يستخدم Waterma فوسفات حديد الليثيوم بحجم جزيئات أصغر. في الوقت الحالي ، يحتوي فوسفات حديد الليثيوم الشائع في السوق على حجم جسيمي يتراوح بين 300 و 600 نانومتر ، بينما يستخدم Waterma فقط 100 إلى 300 نانومتر من فوسفات حديد الليثيوم ، لذلك سيكون لأيونات الليثيوم كلما زادت سرعة الترحيل ، كلما كان التيار أكبر. مشحونة ومفرغة. بالنسبة للأنظمة الأخرى غير البطاريات ، قم بتقوية تصميم أنظمة الإدارة الحرارية وسلامة النظام.

قوة متناهية الصغر

في الأيام الأولى ، اختارت Weihong Power تيتانات الليثيوم + الكربون المركب المسامي بهيكل الإسبينيل الذي يمكنه تحمل الشحن السريع والتيار العالي كمادة القطب السالب ؛ من أجل منع تهديد تيار الطاقة العالية لسلامة البطارية أثناء الشحن السريع ، تجمع Weihong Power بين المنحل بالكهرباء غير المحترق ، وتقنية الحجاب الحاجز عالية المسامية والنفاذية العالية وتكنولوجيا سائل التحكم الحراري الذكي STL ، يمكنها ضمان سلامة البطارية عندما يتم شحن البطارية بسرعة.

في عام 2017 ، أعلنت عن جيل جديد من البطاريات عالية الكثافة للطاقة ، باستخدام مواد كاثود منغنات الليثيوم عالية السعة وعالية الطاقة ، مع كثافة طاقة واحدة تبلغ 170 وات / كجم ، وتحقيق شحن سريع لمدة 15 دقيقة. الهدف هو مراعاة قضايا الحياة والسلامة.

تشوهاى ينلونج

أنود تيتانات الليثيوم معروف بنطاق درجة حرارة تشغيله الواسع ومعدل تفريغ الشحن الكبير. لا توجد بيانات واضحة عن الأساليب التقنية المحددة. عند التحدث إلى الموظفين في المعرض ، يُقال إن شحنه السريع يمكن أن يصل إلى 10 درجات مئوية ويبلغ العمر الافتراضي 20,000 مرة.

مستقبل تقنية الشحن السريع

سواء كانت تقنية الشحن السريع للسيارات الكهربائية هي اتجاه تاريخي أو ظاهرة قصيرة العمر ، في الواقع ، هناك آراء مختلفة الآن ، ولا يوجد استنتاج. كطريقة بديلة لحل القلق من الأميال ، يتم اعتباره على نفس النظام الأساسي مع كثافة طاقة البطارية والتكلفة الإجمالية للمركبة.

يمكن القول أن كثافة الطاقة وأداء الشحن السريع ، في نفس البطارية ، هما اتجاهان غير متوافقين ولا يمكن تحقيقهما في نفس الوقت. السعي وراء كثافة طاقة البطارية هو السائد حاليًا. عندما تكون كثافة الطاقة عالية بدرجة كافية وتكون سعة بطارية السيارة كبيرة بما يكفي لمنع ما يسمى “القلق بشأن المدى” ، فسيتم تقليل الطلب على أداء شحن معدل البطارية ؛ في نفس الوقت ، إذا كانت طاقة البطارية كبيرة ، إذا كانت تكلفة البطارية لكل كيلو وات في الساعة ليست منخفضة بما يكفي ، فهل هذا ضروري؟ يتطلب شراء دينغ كيماو للكهرباء التي تكفي “لعدم القلق” من المستهلكين اتخاذ قرار. إذا فكرت في الأمر ، فإن الشحن السريع له قيمة. وجهة نظر أخرى هي تكلفة مرافق الشحن السريع ، والتي تعد بالطبع جزءًا من تكلفة المجتمع بأكمله لتعزيز الكهرباء.

ما إذا كان من الممكن الترويج لتكنولوجيا الشحن السريع على نطاق واسع ، فإن كثافة الطاقة وتقنية الشحن السريع التي تتطور بسرعة ، والتقنيتان اللتان تخفضان التكاليف ، قد تلعب دورًا حاسمًا في مستقبلها.