Litium-ion batareyaları “sallanan kreslo tipli” batareyalar adlanır. Yüklənmiş ionlar yük transferini həyata keçirmək üçün müsbət və mənfi elektrodlar arasında hərəkət edir və xarici dövrələrə enerji verir və ya xarici enerji mənbəyindən yüklənir.

Xüsusi doldurma prosesi zamanı xarici gərginlik batareyanın iki qütbünə tətbiq edilir və litium ionları müsbət elektrod materialından çıxarılaraq elektrolitə daxil olur. Eyni zamanda, artıq elektronlar müsbət cərəyan kollektorundan keçir və xarici dövrə vasitəsilə mənfi elektroda keçir; litium ionları elektrolitdə olur. O, müsbət elektroddan mənfi elektroda keçir, diafraqma vasitəsilə mənfi elektroda keçir; mənfi elektrodun səthindən keçən SEI filmi mənfi elektrodun qrafit laylı strukturuna daxil olur və elektronlarla birləşir.

İonların və elektronların işləməsi boyunca, elektrokimyəvi və ya fiziki yük ötürülməsinə təsir edən batareya quruluşu sürətli doldurma performansına təsir edəcəkdir.

Batareyanın bütün hissələri üçün sürətli şarj tələbləri

Batareyalara gəldikdə, enerji performansını yaxşılaşdırmaq istəyirsinizsə, müsbət elektrod, mənfi elektrod, elektrolit, ayırıcı və struktur dizayn daxil olmaqla, batareyanın bütün aspektlərində çox çalışmalısınız.

müsbət elektrod

Faktiki olaraq, demək olar ki, bütün növ katod materialları sürətli doldurulan batareyaları hazırlamaq üçün istifadə edilə bilər. Zəmanət verilməli vacib xüsusiyyətlərə keçiricilik (daxili müqaviməti azaltmaq), diffuziya (reaksiya kinetikasını təmin etmək), həyat (izah etmə) və təhlükəsizlik (izah etmə) daxildir. Düzgün emal performansı (xüsusi səth sahəsi çox olmamalıdır). yan reaksiyaları azaltmaq və təhlükəsizliyə xidmət etmək üçün böyük).

Əlbəttə ki, hər bir xüsusi material üçün həll edilməli olan problemlər fərqli ola bilər, lakin ümumi katod materiallarımız bir sıra optimallaşdırmalar vasitəsilə bu tələblərə cavab verə bilər, lakin müxtəlif materiallar da fərqlidir:

A. Litium dəmir fosfat keçiricilik və aşağı temperatur problemlərinin həllinə daha çox diqqət yetirə bilər. Karbon örtüyünün həyata keçirilməsi, mülayim nanolaşma (qeyd edək ki, orta səviyyədədir, nə qədər incə olsa, bir o qədər yaxşıdır ki, sadə məntiq deyil) və hissəciklərin səthində ion keçiricilərinin əmələ gəlməsi ən tipik strategiyalardır.

B. Üçlü materialın özü nisbətən yaxşı elektrik keçiriciliyinə malikdir, lakin onun reaktivliyi həddən artıq yüksəkdir, ona görə də üçlü materiallar nadir hallarda nanomiqyaslı iş görürlər (nanolaşma materialın performansının yaxşılaşdırılması üçün panacea kimi panacea deyil, xüsusən də Batareyalar sahəsi Çində bəzən bir çox anti-istifadə var) və təhlükəsizlik və yan reaksiyaların qarşısının alınmasına (elektrolitlə) daha çox diqqət yetirilir. Axı, üçlü materialların mövcud ömrü təhlükəsizlikdədir və son vaxtlar batareya təhlükəsizliyi qəzaları da tez-tez baş verir. Daha yüksək tələblər irəli sürün.

C. Litium manqanat xidmət müddəti baxımından daha vacibdir. Bazarda çoxlu litium manqanat əsaslı sürətli doldurulan batareyalar da var.

mənfi elektrod

Litium-ion batareyası doldurulduqda, litium mənfi elektroda keçir. Sürətli şarj və böyük cərəyan nəticəsində yaranan həddindən artıq yüksək potensial mənfi elektrod potensialının daha mənfi olmasına səbəb olacaq. Bu zaman litiumun tez qəbul edilməsi üçün mənfi elektrodun təzyiqi artacaq və litium dendritlərinin əmələ gəlməsinə meyl artacaq. Buna görə də, mənfi elektrod sürətli şarj zamanı yalnız litium diffuziyasını təmin etməməlidir. Litium ion batareyasının kinetik tələbləri litium dendritlərin artan meylinin səbəb olduğu təhlükəsizlik problemini də həll etməlidir. Buna görə də, sürətli şarj nüvəsinin mühüm texniki çətinliyi mənfi elektroda litium ionlarının daxil edilməsidir.

A. Hazırda bazarda üstünlük təşkil edən mənfi elektrod materialı hələ də qrafitdir (bazar payının təxminən 90%-ni təşkil edir). Əsas səbəb ucuzdur və qrafitin hərtərəfli emal performansı və enerji sıxlığı nisbətən yaxşıdır, nisbətən az çatışmazlıqlar var. . Təbii ki, qrafit mənfi elektrodda da problemlər var. Səth elektrolitə nisbətən həssasdır və litiumun interkalasiya reaksiyası güclü bir istiqamətə malikdir. Buna görə də, qrafit səthinin struktur sabitliyini yaxşılaşdırmaq və substratda litium ionlarının yayılmasını təşviq etmək üçün çox çalışmaq vacibdir. istiqamət.

B. Sərt karbon və yumşaq karbon materialları da son illərdə çox inkişaf etmişdir: sərt karbon materialları yüksək litium daxiletmə potensialına malikdir və materiallarda mikroməsamələrə malikdir, buna görə də reaksiya kinetikası yaxşıdır; və yumşaq karbon materialları elektrolit, MCMB ilə yaxşı uyğunluğa malikdir. Materiallar da çox təmsil olunur, lakin sərt və yumşaq karbon materialları ümumiyyətlə aşağı səmərəlilik və yüksək qiymətə malikdir (və qrafitin eyni ucuz olduğunu təsəvvür edin, mən qorxuram ki, bu deyil. sənaye baxımından ümidverici), buna görə də cari istehlak qrafitdən çox azdır və bəzi ixtisaslarda daha çox istifadə olunur.

C. Litium titanat haqqında necə? Qısaca desək: litium titanatın üstünlükləri yüksək güc sıxlığı, daha təhlükəsiz və aşkar çatışmazlıqlardır. Enerji sıxlığı çox aşağıdır və Wh ilə hesablandıqda xərc yüksəkdir. Buna görə də, litium titanat batareyasının nöqteyi-nəzəri xüsusi hallarda üstünlükləri olan faydalı bir texnologiyadır, lakin yüksək qiymət və səyahət məsafəsi tələb edən bir çox hallar üçün uyğun deyil.

D. Silikon anod materialları mühüm inkişaf istiqamətidir və Panasonic-in yeni 18650 batareyası bu cür materialların kommersiya prosesinə başlamışdır. Bununla belə, nanometr performansına nail olmaq və batareya sənayesi ilə əlaqəli materialların ümumi mikron səviyyəli tələbləri arasında tarazlığa necə nail olmaq hələ də daha çətin məsələdir.

Diafraqma

Güclü akkumulyatorlara gəldikdə, yüksək cərəyanla işləmə onların təhlükəsizliyinə və istifadə müddətinə daha yüksək tələblər qoyur. Diafraqma örtük texnologiyasından yan keçmək mümkün deyil. Keramika ilə örtülmüş diafraqmalar yüksək təhlükəsizliyə və elektrolitdəki çirkləri istehlak etmə qabiliyyətinə görə sürətlə çıxarılır. Xüsusilə, üçlü batareyaların təhlükəsizliyinin yaxşılaşdırılmasının təsiri xüsusilə əhəmiyyətlidir.

Hal-hazırda keramika diafraqmaları üçün istifadə edilən ən vacib sistem, ənənəvi diafraqmaların səthində alüminium oksidi hissəciklərini örtməkdir. Nisbətən yeni bir üsul diafraqma üzərində bərk elektrolit liflərini örtməkdir. Belə diafraqmaların daxili müqaviməti daha azdır və liflə əlaqəli diafraqmaların mexaniki dəstək təsiri daha yaxşıdır. Əladır və xidmət zamanı diafraqma məsamələrini bağlamaq üçün daha az meyllidir.

Kaplamadan sonra diafraqma yaxşı sabitliyə malikdir. Temperatur nisbətən yüksək olsa belə, büzülmək və deformasiya etmək və qısa qapanmaya səbəb olmaq asan deyil. Tsinghua Universitetinin Materiallar və Materiallar Məktəbinin Nan Cewen tədqiqat qrupunun texniki dəstəyi ilə dəstəklənən Jiangsu Qingtao Energy Co., Ltd.-nin bununla bağlı bəzi nümayəndəsi var. İşləyən diafraqma aşağıdakı şəkildə göstərilmişdir.

Elektrolit

Elektrolit sürətli doldurulan litium-ion batareyaların işinə böyük təsir göstərir. Sürətli doldurma və yüksək cərəyan şəraitində akkumulyatorun dayanıqlığını və təhlükəsizliyini təmin etmək üçün elektrolit aşağıdakı xüsusiyyətlərə cavab verməlidir: A) parçalana bilməz, B) yüksək keçiricilik və C) müsbət və mənfi materiallara təsirsizdir. Reaksiya verin və ya həll edin.

Bu tələblərə cavab vermək istəyirsinizsə, əsas odur ki, əlavələr və funksional elektrolitlərdən istifadə edin. Məsələn, üçlü sürətli enerji dolduran akkumulyatorların təhlükəsizliyi ondan çox təsirlənir və onun təhlükəsizliyini müəyyən dərəcədə yaxşılaşdırmaq üçün onlara yüksək temperatura, alov gecikdirməyə, həddindən artıq yüklənməyə qarşı müxtəlif əlavələr əlavə etmək lazımdır. Litium titanat batareyalarının köhnə və çətin problemi, yüksək temperaturda meteorizm də yüksək temperaturlu funksional elektrolit tərəfindən yaxşılaşdırılmalıdır.

Batareya quruluşunun dizaynı

Tipik bir optimallaşdırma strategiyası yığılmış VS sarğı növüdür. Yığılmış batareyanın elektrodları paralel əlaqəyə bərabərdir və sarma növü seriyalı əlaqəyə bərabərdir. Buna görə də, birincinin daxili müqaviməti daha kiçikdir və güc növü üçün daha uyğundur. fürsət.

Bundan əlavə, daxili müqavimət və istilik yayılması problemlərini həll etmək üçün nişanların sayına səy göstərilə bilər. Bundan əlavə, yüksək keçirici elektrod materiallarından istifadə etmək, daha çox keçirici maddələrdən istifadə etmək və daha nazik elektrodları örtmək də nəzərdən keçirilə bilən strategiyalardır.

Qısaca desək, akkumulyator daxilində şarj hərəkətinə və elektrod deşiklərinin daxil olma sürətinə təsir edən amillər litium-ion batareyaların sürətli doldurulma qabiliyyətinə təsir edəcək.

Əsas istehsalçılar üçün sürətli şarj texnologiyası marşrutlarına ümumi baxış

Ningde dövrü

Müsbət elektroda gəldikdə, CATL litium dəmir fosfatı əla elektron keçiriciliyə malik edən “super elektron şəbəkə” texnologiyasını inkişaf etdirdi; mənfi elektrod qrafit səthində, qrafiti dəyişdirmək üçün “sürətli ion halqası” texnologiyasından istifadə olunur və dəyişdirilmiş qrafit həm super sürətli şarjı, həm də yüksək enerji sıxlığını nəzərə alır. sürətli doldurma zamanı məhsulları, beləliklə, 4-5C sürətli doldurma qabiliyyətinə malikdir, 10-15 dəqiqə sürətli doldurma və doldurma həyata keçirir və sistemin enerji sıxlığını 70wh/kq-dan yuxarı səviyyədə təmin edərək 10,000 Cycle ömrünə nail ola bilər.

İstilik idarəetməsi baxımından onun istilik idarəetmə sistemi litium-ion batareyalarının işləmə temperaturunu xeyli genişləndirən müxtəlif temperaturlarda və SOC-lərdə sabit kimyəvi sistemin “sağlam doldurulma intervalını” tam olaraq tanıyır.

Waterma

Waterma son vaxtlar o qədər də yaxşı deyil, gəlin texnologiyadan danışaq. Waterma daha kiçik hissəcik ölçüsü olan litium dəmir fosfatdan istifadə edir. Hal-hazırda, bazarda ümumi litium dəmir fosfat 300 ilə 600 nm arasında bir hissəcik ölçüsünə malikdir, Waterma isə yalnız 100 ilə 300 nm litium dəmir fosfat istifadə edir, buna görə də litium ionları olacaq Miqrasiya sürəti nə qədər sürətli olsa, cərəyan bir o qədər böyük ola bilər. doldurulur və boşaldılır. Batareyalardan başqa sistemlər üçün istilik idarəetmə sistemlərinin dizaynını və sistemin təhlükəsizliyini gücləndirin.

Mikro güc

İlk günlərdə Weihong Power mənfi elektrod materialı kimi sürətli şarj və yüksək cərəyana tab gətirə bilən spinel strukturlu litium titanat + məsaməli kompozit karbonu seçdi; Sürətli doldurma zamanı batareyanın təhlükəsizliyinə yüksək güclü cərəyan təhlükəsinin qarşısını almaq üçün Weihong Power yanmayan elektrolit, yüksək məsaməli və yüksək keçiricilik diafraqma texnologiyası və STL ağıllı istilik nəzarət maye texnologiyasını birləşdirərək, batareyanın təhlükəsizliyini təmin edə bilər. batareya tez doldurulduqda.

2017-ci ildə o, yüksək tutumlu və yüksək güclü litium manqanat katod materiallarından istifadə edərək, tək enerji sıxlığı 170wh/kq olan və 15 dəqiqəlik sürətli enerji doldurmağa nail olan yeni nəsil yüksək enerji sıxlığı batareyalarını elan etdi. Məqsəd həyat və təhlükəsizlik məsələlərini nəzərə almaqdır.

Zhuhai Yinlong

Litium titanat anod geniş işləmə temperaturu diapazonu və böyük yükləmə-boşaltma sürəti ilə tanınır. Xüsusi texniki üsullar haqqında dəqiq məlumat yoxdur. Sərgi işçiləri ilə söhbət edərkən onun sürətli şarjının 10C-yə çata bildiyi və ömrünün 20,000 dəfə olduğu deyilir.

Sürətli şarj texnologiyasının gələcəyi

Elektrikli nəqliyyat vasitələrinin sürətli enerji doldurma texnologiyası tarixi bir istiqamətdir, yoxsa qısa müddətli bir fenomendir, əslində indi müxtəlif fikirlər var və heç bir nəticə yoxdur. Yürüş narahatlığını həll etmək üçün alternativ bir üsul olaraq, batareyanın enerji sıxlığı və ümumi nəqliyyat vasitəsinin dəyəri ilə eyni platformada nəzərdən keçirilir.

Eyni batareyada enerji sıxlığı və sürətli şarj performansının iki uyğunsuz istiqamət olduğu və eyni zamanda əldə edilə bilməyəcəyi söylənilə bilər. Batareyanın enerji sıxlığının axtarışı hazırda əsas istiqamətdir. Enerji sıxlığı kifayət qədər yüksək olduqda və avtomobilin akkumulyatorunun tutumu sözdə “aralıq narahatlığının” qarşısını almaq üçün kifayət qədər böyük olduqda, akkumulyatorun sürətinin doldurulması performansına tələb azalacaq; eyni zamanda, batareyanın gücü böyükdürsə, bir kilovat-saat üçün batareyanın dəyəri kifayət qədər aşağı deyilsə, o zaman lazımdırmı? Ding Kemao-nun “narahat olmamaq” üçün kifayət qədər elektrik alması istehlakçıların seçim etməsini tələb edir. Bu barədə düşünsəniz, sürətli şarjın dəyəri var. Başqa bir nöqteyi-nəzərdən sürətli enerji doldurma vasitələrinin qiymətidir ki, bu, əlbəttə ki, bütün cəmiyyətin elektrikləşdirməni təşviq etmək üçün xərcləməsinin bir hissəsidir.

Sürətli doldurma texnologiyasının geniş miqyasda təbliğ oluna bilməyəcəyi, sürətli inkişaf edən enerji sıxlığı və sürətli doldurma texnologiyası və xərcləri azaldan iki texnologiya onun gələcəyində həlledici rol oynaya bilər.