Lithium-ion batteries are called “rocking chair-type” batteries. Charged ions move between the positive and negative electrodes to realize charge transfer and supply power to external circuits or charge from an external power source.

Падчас канкрэтнага працэсу зарадкі знешняе напружанне падаецца на два полюса батарэі, і іёны літыя здабываюцца з матэрыялу станоўчага электрода і трапляюць у электраліт. У той жа час лішнія электроны праходзяць праз станоўчы токапрыёмнік і пераходзяць да адмоўнага электрода праз знешні ланцуг; іёны літыя знаходзяцца ў электраліце. Ён рухаецца ад станоўчага электрода да адмоўнага, праходзячы праз дыяфрагму да адмоўнага электрода; плёнка SEI, якая праходзіць праз паверхню адмоўнага электрода, убудоўваецца ў слаістай структуры графіту адмоўнага электрода і злучаецца з электронамі.

На працягу ўсёй працы іёнаў і электронаў структура батарэі, якая ўплывае на перадачу зарада, электрахімічную або фізічную, будзе ўплываць на прадукцыйнасць хуткай зарадкі.

The requirements of fast charging for all parts of the battery

Што тычыцца батарэй, то калі вы хочаце палепшыць магутнасць, вы павінны старанна працаваць над усімі аспектамі батарэі, уключаючы станоўчы электрод, адмоўны электрод, электраліт, сепаратар і канструкцыю.

станоўчы электрод

Фактычна, амаль усе віды катодных матэрыялаў можна выкарыстоўваць для вырабу батарэй з хуткай зарадкай. Важныя ўласцівасці, якія неабходна гарантаваць, уключаюць праводнасць (зніжэнне ўнутранага супраціву), дыфузію (забеспячэнне кінетыкі рэакцыі), тэрмін службы (не тлумачыць) і бяспеку (не тлумачыць), належную прадукцыйнасць апрацоўкі (удзельная плошча паверхні не павінна быць занадта вялікі, каб паменшыць пабочныя рэакцыі і забяспечыць бяспеку).

Вядома, праблемы, якія трэба вырашыць для кожнага канкрэтнага матэрыялу, могуць быць рознымі, але нашы агульныя катодныя матэрыялы могуць адпавядаць гэтым патрабаванням праз шэраг аптымізацый, але розныя матэрыялы таксама адрозніваюцца:

A. Lithium iron phosphate may be more focused on solving the problems of conductivity and low temperature. Carrying out carbon coating, moderate nanoization (note that it is moderate, it is definitely not a simple logic that the finer the better), and the formation of ion conductors on the surface of the particles are the most typical strategies.

B. The ternary material itself has relatively good electrical conductivity, but its reactivity is too high, so ternary materials rarely carry out nano-scale work (nano-ization is not a panacea-like antidote to the improvement of material performance, especially in the field of batteries There are sometimes many anti-uses in China), and more attention is paid to safety and suppression of side reactions (with electrolyte). After all, the current life of ternary materials lies in safety, and recent battery safety accidents have also occurred frequently. Put forward higher requirements.

C. Манганат літыя больш важны ў плане тэрміну службы. На рынку таксама ёсць шмат батарэй з хуткай зарадкай на аснове манганата літыя.

адмоўны электрод

When a lithium-ion battery is charged, lithium migrates to the negative electrode. The excessively high potential caused by fast charging and large current will cause the negative electrode potential to be more negative. At this time, the pressure of the negative electrode to quickly accept lithium will increase, and the tendency to generate lithium dendrites will increase. Therefore, the negative electrode must not only satisfy the lithium diffusion during fast charging. The kinetics requirements of the lithium ion battery must also solve the safety problem caused by the increased tendency of lithium dendrites. Therefore, the important technical difficulty of the fast charging core is the insertion of lithium ions in the negative electrode.

A. At present, the dominant negative electrode material in the market is still graphite (accounting for about 90% of the market share). The fundamental reason is cheap, and the comprehensive processing performance and energy density of graphite are relatively good, with relatively few shortcomings. . Of course, there are also problems with the graphite negative electrode. The surface is relatively sensitive to the electrolyte, and the lithium intercalation reaction has a strong directionality. Therefore, it is important to work hard to improve the structural stability of the graphite surface and promote the diffusion of lithium ions on the substrate. direction.

B. Цвёрдыя вугляродныя і мяккія вугляродныя матэрыялы таксама атрымалі шмат развіцця ў апошнія гады: цвёрдыя вугляродныя матэрыялы маюць высокі патэнцыял устаўкі літыя і маюць мікрапоры ў матэрыялах, таму кінетыка рэакцыі добрая; і мяккія вугляродзістыя матэрыялы маюць добрую сумяшчальнасць з электралітам, MCMB Матэрыялы таксама вельмі рэпрэзентатыўныя, але цвёрдыя і мяккія вугляродныя матэрыялы, як правіла, маюць нізкі ўзровень эфектыўнасці і высокі кошт (і ўявіце, што графіт такі ж танны, я баюся, што гэта не так спадзяецца з прамысловай пункту гледжання), таму спажыванне току значна менш, чым графіт, і больш выкарыстоўваецца ў некаторых спецыяльнасцях на батарэі.

C. How about lithium titanate? To put it briefly: the advantages of lithium titanate are high power density, safer, and obvious disadvantages. The energy density is very low, and the cost is high when calculated by Wh. Therefore, the viewpoint of lithium titanate battery is a useful technology with advantages in specific occasions, but it is not suitable for many occasions that require high cost and cruising range.

D. Сіліконавыя анодныя матэрыялы з’яўляюцца важным напрамкам развіцця, і новы акумулятар Panasonic 18650 пачаў камерцыйны працэс такіх матэрыялаў. Тым не менш, як дасягнуць балансу паміж пагоняй за нанаметровай прадукцыйнасцю і агульнымі патрабаваннямі да мікраннага ўзроўню матэрыялаў, звязаных з акумулятарнай прамысловасцю, па-ранейшаму застаецца больш складанай задачай.

Дыяфрагма

Што тычыцца сілавых батарэй, то праца на моцным току прад’яўляе больш высокія патрабаванні да іх бяспекі і тэрміну службы. Тэхналогію пакрыцця дыяфрагмы нельга абыйсці. Дыяфрагмы з керамічным пакрыццём хутка выцясняюцца з-за іх высокай бяспекі і здольнасці спажываць прымешкі ў электраліце. У прыватнасці, асабліва значны эфект павышэння бяспекі трохкомпонентных батарэй.

Найбольш важнай сістэмай, якая выкарыстоўваецца ў цяперашні час для керамічных дыяфрагм, з’яўляецца пакрыццё часціц аксіду алюмінія на паверхні традыцыйных дыяфрагм. Адносна новы метад – нанясенне валокнаў цвёрдых электралітаў на дыяфрагму. Такія дыяфрагмы маюць меншае ўнутранае супраціўленне, а механічнае апорнае дзеянне дыяфрагм, звязаных з валакном, лепш. Выдатна, і ён мае меншую тэндэнцыю блакаваць пары дыяфрагмы падчас службы.

After coating, the diaphragm has good stability. Even if the temperature is relatively high, it is not easy to shrink and deform and cause a short circuit. Jiangsu Qingtao Energy Co., Ltd. supported by the technical support of the Nan Cewen research group of the School of Materials and Materials of Tsinghua University has some representative in this regard. Working, the diaphragm is shown in the figure below.

Электраліт

Электраліт аказвае вялікі ўплыў на прадукцыйнасць літый-іённых акумулятараў з хуткай зарадкай. Каб забяспечыць стабільнасць і бяспеку акумулятара пры хуткай зарадцы і вялікім току, электраліт павінен адпавядаць наступным характарыстыкам: А) не паддаецца раскладанню, Б) высокая праводнасць, В) інэртны да станоўчых і адмоўных матэрыялаў. Уступіць у рэакцыю або растварыцца.

Калі вы хочаце задаволіць гэтыя патрабаванні, галоўнае – выкарыстоўваць дадаткі і функцыянальныя электраліты. Напрыклад, гэта моцна ўплывае на бяспеку трохкомпонентных батарэй з хуткай зарадкай, і для таго, каб у пэўнай ступені павысіць бяспеку, у іх неабходна дадаваць розныя анты-высокатэмпературныя, вогнеахоўныя і супрацьзарадныя дадаткі. Старую і складаную праблему літый-тытанатных батарэй, высокатэмпературны метэарызм, таксама трэба палепшыць з дапамогай высокатэмпературнага функцыянальнага электраліта.

Дызайн структуры батарэі

Тыповая стратэгія аптымізацыі – гэта тып абмоткі VS. Электроды складзенай батарэі эквівалентныя паралельнай сувязі, а тып абмоткі эквівалентны паслядоўнаму злучэнні. Такім чынам, унутраны супраціў першага значна менш, і ён больш падыходзіць для тыпу магутнасці. нагода.

Акрамя таго, можна прыкласці намаганні да колькасці ўкладак, каб вырашыць праблемы ўнутранага супраціву і цеплааддачы. Акрамя таго, выкарыстанне высокаправодных электродных матэрыялаў, выкарыстанне больш праводзяць агентаў і пакрыццё больш тонкіх электродаў таксама з’яўляюцца стратэгіямі, якія можна разгледзець.

Карацей кажучы, фактары, якія ўплываюць на рух зарада ўнутры батарэі і хуткасць устаўкі адтулін для электродаў, будуць уплываць на здольнасць літый-іённых батарэй да хуткай зарадкі.

Агляд маршрутаў тэхналогіі хуткай зарадкі для асноўных вытворцаў

Ningde era

Regarding the positive electrode, CATL developed the “super electronic network” technology, which makes lithium iron phosphate have excellent electronic conductivity; on the negative electrode graphite surface, the “fast ion ring” technology is used to modify the graphite, and the modified graphite takes into account both super fast charging and high With the characteristics of energy density, the negative electrode no longer has excessive by-products during fast charging, so that it has 4-5C fast charging capacity, realizing 10-15 minutes fast charging and charging, and can ensure the energy density of the system level above 70wh/kg, achieving 10,000 Cycle life.

З пункту гледжання цеплавога кіравання, яго сістэма цеплавога кіравання цалкам прызнае «здаровы інтэрвал зарадкі» фіксаванай хімічнай сістэмы пры розных тэмпературах і SOC, што значна пашырае працоўную тэмпературу літый-іённых батарэй.

Ватэрма

Waterma is not so good lately, let’s just talk about technology. Waterma uses lithium iron phosphate with a smaller particle size. At present, the common lithium iron phosphate on the market has a particle size between 300 and 600 nm, while Waterma only uses 100 to 300 nm lithium iron phosphate, so lithium ions will have The faster the migration speed, the larger the current can be charged and discharged. For systems other than batteries, strengthen the design of thermal management systems and system safety.

Мікра харчаванне

In the early days, Weihong Power chose lithium titanate + porous composite carbon with spinel structure that can withstand fast charging and high current as the negative electrode material; in order to prevent the threat of high power current to battery safety during fast charging, Weihong Power Combining non-burning electrolyte, high-porosity and high-permeability diaphragm technology and STL intelligent thermal control fluid technology, it can ensure the safety of the battery when the battery is quickly charged.

У 2017 годзе ён абвясціў аб выпуску новага пакалення батарэй з высокай шчыльнасцю энергіі з выкарыстаннем катодных матэрыялаў высокай ёмістасці і магутнасці з адзінай шчыльнасцю энергіі 170 Вт/кг і хуткай зарадкай за 15 хвілін. Мэта — улічыць пытанні жыцця і бяспекі.

Чжухай Іньлун

Анод тытаната літыя вядомы сваім шырокім дыяпазонам працоўных тэмператур і вялікай хуткасцю разраду. Дакладных дадзеных аб канкрэтных тэхнічных метадах няма. Размаўляючы з супрацоўнікамі на выставе, кажуць, што яго хуткая зарадка можа дасягаць 10C, а тэрмін службы складае 20,000 XNUMX разоў.

Будучыня тэхналогіі хуткай зарадкі

Ці з’яўляецца тэхналогія хуткай зарадкі электрамабіляў гістарычным кірункам або з’явай недаўгавечным, насамрэч цяпер існуюць розныя меркаванні, і высновы няма. У якасці альтэрнатыўнага метаду вырашэння праблемы з прабегам ён разглядаецца на адной платформе з шчыльнасцю энергіі батарэі і агульным коштам аўтамабіля.

Energy density and fast charge performance, in the same battery, can be said to be two incompatible directions and cannot be achieved at the same time. The pursuit of battery energy density is currently the mainstream. When the energy density is high enough and the battery capacity of a vehicle is large enough to prevent the so-called “range anxiety”, the demand for battery rate charging performance will be reduced; at the same time, if the battery power is large, if the battery cost per kilowatt-hour is not low enough, then is it necessary? Ding Kemao’s purchase of electricity that is sufficient for “not anxious” requires consumers to make a choice. If you think about it, fast charging has value. Another point of view is the cost of fast charging facilities, which of course is part of the cost of the entire society to promote electrification.

Незалежна ад таго, ці можна шырока прасоўваць тэхналогію хуткай зарадкі, тэхналогія шчыльнасці энергіі і хуткай зарадкі, якая хутка развіваецца, а таксама дзве тэхналогіі, якія зніжаюць выдаткі, могуць гуляць вырашальную ролю ў яе будучыні.