Литиево-йонните батерии се наричат ​​батерии тип люлеещ се стол. Заредените йони се движат между положителните и отрицателните електроди, за да реализират пренос на заряд и да доставят енергия към външни вериги или да зареждат от външен източник на захранване.

По време на специфичния процес на зареждане външното напрежение се прилага към двата полюса на батерията и литиевите йони се извличат от материала на положителния електрод и влизат в електролита. В същото време излишните електрони преминават през положителния токов колектор и се придвижват към отрицателния електрод през външната верига; литиевите йони са в електролита. Той се движи от положителния електрод към отрицателния електрод, преминавайки през диафрагмата към отрицателния електрод; SEI филмът, преминаващ през повърхността на отрицателния електрод, е вграден в графитната слоеста структура на отрицателния електрод и се комбинира с електрони.

По време на работата на йони и електрони, структурата на батерията, която влияе върху преноса на заряда, независимо дали е електрохимична или физическа, ще повлияе на бързото зареждане.

The requirements of fast charging for all parts of the battery

По отношение на батериите, ако искате да подобрите производителността на мощността, трябва да работите усилено във всички аспекти на батерията, включително положителния електрод, отрицателния електрод, електролита, сепаратора и структурния дизайн.

положителен електрод

Всъщност почти всички видове катодни материали могат да се използват за направата на бързо зареждащи се батерии. Важните свойства, които трябва да бъдат гарантирани, включват проводимост (намаляване на вътрешното съпротивление), дифузия (осигуряване на кинетика на реакцията), живот (не обяснявайте) и безопасност (не обяснявайте), правилна производителност на обработка (специфичната повърхност не трябва да бъде твърде много голям за намаляване на страничните реакции и за безопасност).

Разбира се, проблемите, които трябва да бъдат решени за всеки конкретен материал, могат да бъдат различни, но нашите общи катодни материали могат да отговорят на тези изисквания чрез серия от оптимизации, но различните материали също са различни:

А. Литиевият железен фосфат може да бъде по-фокусиран върху решаването на проблемите с проводимостта и ниската температура. Извършването на въглеродно покритие, умерената наноизация (имайте предвид, че е умерена, определено не е проста логика, че колкото по-фини, толкова по-добре) и образуването на йонни проводници на повърхността на частиците са най-типичните стратегии.

Б. Самият трикомпонентен материал има относително добра електрическа проводимост, но неговата реактивност е твърде висока, така че тройните материали рядко извършват наномащабна работа (нано-изацията не е антидот като панацея за подобряване на производителността на материала, особено в областта на батериите Понякога има много анти-употреби в Китай) и се обръща повече внимание на безопасността и потискането на страничните реакции (с електролит). В края на краищата, настоящият живот на тройните материали се крие в безопасността, а скорошните инциденти с безопасността на батерията също се случват често. Поставете по-високи изисквания.

C. Литиевият манганат е по-важен по отношение на експлоатационния живот. На пазара има и много бързо зареждащи се батерии на базата на литиев манганат.

отрицателен електрод

Когато литиево-йонна батерия се зареди, литият мигрира към отрицателния електрод. Прекомерно високият потенциал, причинен от бързото зареждане и големия ток, ще доведе до по-отрицателен потенциал на отрицателния електрод. По това време налягането на отрицателния електрод за бързо приемане на литий ще се увеличи и тенденцията за генериране на литиеви дендрити ще се увеличи. Следователно, отрицателният електрод трябва не само да удовлетворява дифузията на литий по време на бързо зареждане. Изискванията за кинетика на литиево-йонната батерия трябва също да решат проблема с безопасността, причинен от повишената тенденция на литиеви дендрити. Следователно, важната техническа трудност на ядрото за бързо зареждане е вмъкването на литиеви йони в отрицателния електрод.

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.

Б. Твърдите въглеродни и меките въглеродни материали също претърпяха много развитие през последните години: твърдите въглеродни материали имат висок потенциал за вмъкване на литий и имат микропори в материалите, така че кинетиката на реакцията е добра; и меките въглеродни материали имат добра съвместимост с електролита, MCMB Материалите също са много представителни, но твърдите и меките въглеродни материали като цяло са с ниска ефективност и висока цена (и представете си, че графитът е същият евтин, страхувам се, че не е надеждно от индустриална гледна точка), така че консумацията на ток е много по-малка от графита и се използва повече в някои специалности На батерията.

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. Силициевите анодни материали са важна посока на развитие и новата батерия 18650 на Panasonic започна търговския процес на такива материали. Въпреки това, как да се постигне баланс между преследването на нанометрова производителност и общите изисквания на ниво микрон на свързаните с батериите материали, все още е по-предизвикателна задача.

Диафрагма

По отношение на батериите с висок ток, работата с висок ток налага по-високи изисквания към тяхната безопасност и продължителност на живота. Технологията за покритие на диафрагмата не може да бъде заобиколена. Диафрагмите с керамично покритие бързо се изтласкват поради високата си безопасност и способността да консумират примеси в електролита. По-специално, ефектът от подобряването на безопасността на тройните батерии е особено важен.

Най-важната система, използвана в момента за керамични диафрагми, е за покриване на алуминиевите частици върху повърхността на традиционните диафрагми. Сравнително нов метод е покриването на твърди електролитни влакна върху диафрагмата. Такива диафрагми имат по-ниско вътрешно съпротивление и механичният поддържащ ефект на свързаните с влакна диафрагми е по-добър. Отличен и има по-ниска склонност да блокира порите на диафрагмата по време на обслужване.

След нанасяне на покритието, диафрагмата има добра стабилност. Дори ако температурата е сравнително висока, не е лесно да се свие и деформира и да предизвика късо съединение. Jiangsu Qingtao Energy Co., Ltd., подкрепена от техническата подкрепа на изследователската група Nan Cewen към Училището по материали и материали на университета Tsinghua, има представител в това отношение. Работеща, диафрагмата е показана на фигурата по-долу.

Електролитен

Електролитът оказва голямо влияние върху работата на бързо зареждащите се литиево-йонни батерии. За да се гарантира стабилността и безопасността на батерията при бързо зареждане и висок ток, електролитът трябва да отговаря на следните характеристики: A) не може да се разлага, B) висока проводимост и C) е инертен към положителните и отрицателните материали. Реагирайте или разтваряйте.

Ако искате да изпълните тези изисквания, ключът е да използвате добавки и функционални електролити. Например, безопасността на тройните бързо зареждащи се батерии е силно засегната от него и е необходимо да се добавят различни анти-високотемпературни, огнеустойчиви и анти-претоварващи добавки към тях, за да се подобри до известна степен тяхната безопасност. Старият и труден проблем с литиево-титанатните батерии, високотемпературният метеоризъм, също трябва да бъде подобрен чрез високотемпературен функционален електролит.

Дизайн на структурата на батерията

Типична стратегия за оптимизация е типът VS навиване. Електродите на подредената батерия са еквивалентни на паралелна връзка, а типът на намотката е еквивалентен на последователна връзка. Следователно вътрешното съпротивление на първия е много по-малко и е по-подходящо за типа мощност. повод.

Освен това могат да се положат усилия за броя на разделите за решаване на проблемите с вътрешното съпротивление и разсейването на топлината. В допълнение, използването на електродни материали с висока проводимост, използването на по-проводими агенти и покриването на по-тънки електроди също са стратегии, които могат да бъдат разгледани.

Накратко, факторите, които влияят на движението на заряда в батерията и скоростта на поставяне на дупки за електроди, ще повлияят на способността за бързо зареждане на литиево-йонните батерии.

Преглед на технологиите за бързо зареждане за масовите производители

Ningde era

По отношение на положителния електрод, CATL разработи технологията „супер електронна мрежа“, която прави литиево-железния фосфат да има отлична електронна проводимост; върху графитната повърхност на отрицателния електрод, технологията „бърз йонен пръстен“ се използва за модифициране на графита, а модифицираният графит взема предвид както супер бързото зареждане, така и високото С характеристиките на енергийната плътност, отрицателният електрод вече няма прекомерно зареждане продукти по време на бързо зареждане, така че да има капацитет за бързо зареждане 4-5C, реализирайки 10-15 минути бързо зареждане и зареждане и може да осигури енергийната плътност на системното ниво над 70wh/kg, постигайки живот от 10,000 XNUMX цикъла.

По отношение на термичното управление, неговата система за управление на топлината напълно разпознава „здравословния интервал на зареждане“ на фиксираната химическа система при различни температури и SOC, което значително разширява работната температура на литиево-йонните батерии.

Waterma

Waterma не е толкова добра напоследък, нека поговорим само за технологиите. Waterma използва литиево-железен фосфат с по-малък размер на частиците. Понастоящем обикновеният литиево-железен фосфат на пазара има размер на частиците между 300 и 600 nm, докато Waterma използва само 100 до 300 nm литиево-железен фосфат, така че литиевите йони ще имат Колкото по-бърза е скоростта на миграция, толкова по-голям може да бъде токът заредени и разредени. За системи, различни от батерии, укрепете дизайна на системите за управление на топлината и безопасността на системата.

Микро мощност

В първите дни Weihong Power избра литиев титанат + порест композитен въглерод със структура на шпинел, който може да издържи на бързо зареждане и висок ток като материал за отрицателен електрод; за да се предотврати заплахата от високомощен ток за безопасността на батерията по време на бързо зареждане, Weihong Power, комбинирайки негорящ електролит, диафрагмена технология с висока порьозност и висока пропускливост и технология за интелигентна термична контролна течност STL, може да гарантира безопасността на батерията когато батерията се зарежда бързо.

През 2017 г. той обяви ново поколение батерии с висока енергийна плътност, използващи катодни материали с голям капацитет и висока мощност, с единична енергийна плътност от 170wh/kg и постигане на 15-минутно бързо зареждане. Целта е да се вземат предвид въпросите за живота и безопасността.

Джухай Инлун

Литиево-титанатният анод е известен със своя широк диапазон на работна температура и голяма скорост на разреждане. Няма ясни данни за конкретните технически методи. Разговаряйки с персонала на изложението, се казва, че бързото му зареждане може да достигне 10C, а продължителността на живота е 20,000 XNUMX пъти.

Бъдещето на технологията за бързо зареждане

Дали технологията за бързо зареждане на електрическите превозни средства е историческа посока или краткотрайно явление, всъщност сега има различни мнения и няма заключение. Като алтернативен метод за решаване на тревожността за пробег, той се разглежда на същата платформа с плътност на енергията на батерията и общата цена на превозното средство.

Може да се каже, че енергийната плътност и бързото зареждане в една и съща батерия са две несъвместими посоки и не могат да бъдат постигнати едновременно. Преследването на енергийна плътност на батерията в момента е основното течение. Когато плътността на енергията е достатъчно висока и капацитетът на батерията на превозното средство е достатъчно голям, за да предотврати т. нар. „тревожност за обхвата“, търсенето на скорост на зареждане на батерията ще бъде намалено; в същото време, ако мощността на батерията е голяма, ако цената на батерията на киловатчас не е достатъчно ниска, тогава необходимо ли е? Купуването на електричество от Динг Кемао, което е достатъчно, за да „не се тревожи“, изисква потребителите да направят избор. Ако се замислите, бързото зареждане има стойност. Друга гледна точка е цената на съоръженията за бързо зареждане, което разбира се е част от разходите на цялото общество за насърчаване на електрификацията.

Независимо дали технологията за бързо зареждане може да бъде популяризирана в голям мащаб, енергийната плътност и технологията за бързо зареждане, които се развиват бързо, както и двете технологии, които намаляват разходите, може да изиграят решаваща роля в нейното бъдеще.