Lithium-iontové baterie se nazývají baterie typu „houpací křeslo“. Nabité ionty se pohybují mezi kladnými a zápornými elektrodami, aby realizovaly přenos náboje a dodávaly energii do externích obvodů nebo nabíjely z externího zdroje energie.

Během specifického nabíjecího procesu je vnější napětí přivedeno na dva póly baterie a ionty lithia jsou extrahovány z materiálu kladné elektrody a vstupují do elektrolytu. Současně přebytečné elektrony procházejí kladným kolektorem proudu a přesouvají se k záporné elektrodě přes vnější obvod; ionty lithia jsou v elektrolytu. Pohybuje se od kladné elektrody k záporné elektrodě, prochází membránou k záporné elektrodě; SEI film procházející povrchem záporné elektrody je zapuštěn do grafitové vrstvené struktury záporné elektrody a spojuje se s elektrony.

Během provozu iontů a elektronů ovlivní struktura baterie, která ovlivňuje přenos náboje, ať už elektrochemický nebo fyzikální, výkon rychlého nabíjení.

Požadavky na rychlé nabíjení pro všechny části baterie

Pokud jde o baterie, pokud chcete zlepšit výkon, musíte tvrdě pracovat ve všech aspektech baterie, včetně kladné elektrody, záporné elektrody, elektrolytu, separátoru a konstrukčního návrhu.

kladná elektroda

Ve skutečnosti lze pro výrobu rychlonabíjecích baterií použít téměř všechny druhy katodových materiálů. Mezi důležité vlastnosti, které je třeba zaručit, patří vodivost (snížení vnitřního odporu), difúze (zajištění kinetiky reakce), životnost (nevysvětlujte) a bezpečnost (nevysvětlujte), správný výkon při zpracování (specifická plocha povrchu by neměla být příliš vysoká velké, aby se snížily vedlejší reakce a sloužily bezpečně).

Samozřejmě, že problémy, které je třeba vyřešit pro každý konkrétní materiál, se mohou lišit, ale naše běžné katodové materiály mohou tyto požadavky splnit pomocí řady optimalizací, ale různé materiály se také liší:

A. Fosforečnan lithný se může více zaměřit na řešení problémů vodivosti a nízké teploty. Provádění uhlíkového povlaku, mírná nanoizace (všimněte si, že je mírná, rozhodně není jednoduchá logika, že čím jemnější, tím lepší) a tvorba iontových vodičů na povrchu částic jsou nejtypičtější strategie.

B. Ternární materiál sám o sobě má relativně dobrou elektrickou vodivost, ale jeho reaktivita je příliš vysoká, takže ternární materiály zřídka provádějí práci v nanoměřítku (nanoizace není všelékem podobným protijed na zlepšení vlastností materiálu, zejména v oblast baterií V Číně je někdy mnoho anti-použití) a větší pozornost je věnována bezpečnosti a potlačení vedlejších reakcí (s elektrolytem). Ostatně současná životnost ternárních materiálů spočívá v bezpečnosti a v poslední době také často docházelo k nehodám souvisejícím s bezpečností baterií. Předkládejte vyšší požadavky.

C. Z hlediska životnosti je důležitější manganan lithný. Na trhu je také mnoho rychlonabíjecích baterií na bázi manganistanu lithného.

záporná elektroda

Když je lithium-iontová baterie nabitá, lithium migruje na zápornou elektrodu. Příliš vysoký potenciál způsobený rychlým nabíjením a velkým proudem způsobí, že záporný potenciál elektrody bude zápornější. V tomto okamžiku se zvýší tlak záporné elektrody pro rychlé přijetí lithia a zvýší se tendence k tvorbě lithiových dendritů. Proto musí záporná elektroda nejen uspokojit difúzi lithia během rychlého nabíjení. Požadavky na kinetiku lithium-iontové baterie musí také vyřešit bezpečnostní problém způsobený zvýšenou tendencí lithiových dendritů. Důležitou technickou obtíží rychlonabíjecího jádra je proto vkládání lithných iontů do záporné elektrody.

Odpověď: V současnosti je dominantním materiálem negativní elektrody na trhu stále grafit (tvoří asi 90 % podílu na trhu). Základním důvodem je levnost a celkový výkon zpracování a energetická hustota grafitu jsou relativně dobré, s relativně malým počtem nedostatků. . Problémy jsou samozřejmě i s grafitovou zápornou elektrodou. Povrch je relativně citlivý na elektrolyt a interkalační reakce lithia má silnou směrovost. Proto je důležité tvrdě pracovat na zlepšení strukturální stability povrchu grafitu a podporovat difúzi lithných iontů na substrátu. směr.

B. Tvrdé uhlíkové a měkké uhlíkové materiály také zaznamenaly v posledních letech velký vývoj: tvrdé uhlíkové materiály mají vysoký potenciál vkládání lithia a mají v materiálech mikropóry, takže reakční kinetika je dobrá; a měkké uhlíkové materiály mají dobrou kompatibilitu s elektrolytem, ​​MCMB Materiály jsou také velmi reprezentativní, ale tvrdé a měkké uhlíkové materiály mají obecně nízkou účinnost a vysoké náklady (a představte si, že grafit je stejně levný, obávám se, že není nadějný z průmyslového hlediska), takže spotřeba proudu je mnohem menší než u grafitu a více se používá v některých specialitách na baterii.

C. Jak je to s titaničitanem lithným? Stručně řečeno: výhody titaničitanu lithného jsou vysoká hustota výkonu, bezpečnější a zjevné nevýhody. Hustota energie je velmi nízká a náklady jsou vysoké při přepočtu na Wh. Z hlediska lithium-titanátové baterie je proto užitečná technologie s výhodami pro specifické příležitosti, ale není vhodná pro mnoho příležitostí, které vyžadují vysoké náklady a cestovní dosah.

D. Silikonové anodové materiály jsou důležitým směrem vývoje a nová baterie Panasonic 18650 zahájila komerční proces výroby těchto materiálů. Nicméně, jak dosáhnout rovnováhy mezi snahou o nanometrový výkon a obecnými požadavky na úrovni mikronů na materiály související s průmyslem baterií, je stále náročnější úkol.

Membrána

U výkonových baterií klade vysokoproudý provoz vyšší požadavky na jejich bezpečnost a životnost. Technologii potahování membrány nelze obejít. Keramické membrány jsou rychle vytlačovány kvůli jejich vysoké bezpečnosti a schopnosti spotřebovávat nečistoty v elektrolytu. Zvláště významný je účinek zlepšení bezpečnosti ternárních baterií.

Nejdůležitějším systémem v současnosti používaným pro keramické membrány je potahování částic oxidu hlinitého na povrchu tradičních membrán. Poměrně novým způsobem je nanášení vláken pevného elektrolytu na membránu. Takové diafragmy mají nižší vnitřní odpor a mechanický podpůrný účinek vláknitých membrán je lepší. Vynikající a má menší tendenci ucpávat póry membrány během provozu.

Po potažení má membrána dobrou stabilitu. I když je teplota poměrně vysoká, není snadné se smrštit a deformovat a způsobit zkrat. Jiangsu Qingtao Energy Co., Ltd. podporovaná technickou podporou výzkumné skupiny Nan Cewen School of Materials and Materials of Tsinghua University má v tomto ohledu svého zástupce. Funkční membrána je znázorněna na obrázku níže.

Elektrolyt

Elektrolyt má velký vliv na výkon rychlonabíjecích lithium-iontových baterií. Aby byla zajištěna stabilita a bezpečnost baterie při rychlém nabíjení a vysokém proudu, musí elektrolyt splňovat následující vlastnosti: A) nelze rozložit, B) má vysokou vodivost a C) je inertní vůči kladným a záporným materiálům. Reagovat nebo rozpustit.

Pokud chcete tyto požadavky splnit, klíčové je použití aditiv a funkčních elektrolytů. Velmi je jím ovlivněna například bezpečnost ternárních rychlonabíjecích baterií a je nutné do nich přidávat různé přísady proti vysokým teplotám, zpomalující hoření a přebíjení, aby se její bezpečnost do určité míry zlepšila. Starý a obtížný problém lithium-titanátových baterií, vysokoteplotní plynatost, musí být také vyřešen vysokoteplotním funkčním elektrolytem.

Konstrukce baterie

Typickou optimalizační strategií je typ vrstveného vinutí VS. Elektrody naskládané baterie jsou ekvivalentní paralelnímu vztahu a typ vinutí je ekvivalentní sériovému zapojení. Proto je vnitřní odpor prvního z nich mnohem menší a je vhodnější pro výkonový typ. příležitost.

Kromě toho lze vynaložit úsilí na počet záložek k vyřešení problémů vnitřního odporu a odvodu tepla. Kromě toho lze zvážit také použití materiálů elektrod s vysokou vodivostí, použití více vodivých činidel a potahování tenčích elektrod.

Stručně řečeno, faktory, které ovlivňují pohyb nabíjení v baterii a rychlost vkládání otvorů pro elektrody, ovlivní schopnost rychlého nabíjení lithium-iontových baterií.

Přehled tras technologie rychlého nabíjení pro běžné výrobce

éra Ningde

Pokud jde o kladnou elektrodu, společnost CATL vyvinula technologii „super elektronické sítě“, díky níž má fosforečnan lithný a železnatý vynikající elektronovou vodivost; na grafitovém povrchu záporné elektrody se k úpravě grafitu používá technologie „rychlého iontového prstence“ a modifikovaný grafit bere v úvahu jak super rychlé nabíjení, tak vysokou hustotu energie, záporná elektroda již nemá nadměrné by- produkty během rychlého nabíjení, takže má kapacitu rychlého nabíjení 4-5C, realizující 10-15 minut rychlého nabíjení a nabíjení, a může zajistit energetickou hustotu úrovně systému nad 70wh/kg a dosáhnout životnosti 10,000 XNUMX cyklů.

Pokud jde o řízení teploty, její systém řízení teploty plně rozpoznává „interval zdravého nabíjení“ pevného chemického systému při různých teplotách a SOC, což značně rozšiřuje provozní teplotu lithium-iontových baterií.

Waterma

Waterma není v poslední době tak dobrá, pojďme se bavit jen o technologii. Waterma používá fosforečnan lithný a železnatý s menší velikostí částic. V současné době má běžný fosforečnan lithný na trhu velikost částic mezi 300 a 600 nm, zatímco Waterma používá pouze 100 až 300 nm fosforečnan lithný a železnatý, takže ionty lithia budou mít Čím rychlejší je rychlost migrace, tím větší může být proud nabité a vybité. U systémů jiných než baterie posílit návrh systémů řízení teploty a bezpečnost systému.

Micro Power

V začátcích Weihong Power zvolil jako materiál záporné elektrody lithium titanát + porézní kompozitní uhlík se strukturou spinelu, který vydrží rychlé nabíjení a vysoký proud; aby se zabránilo ohrožení bezpečnosti baterie během rychlého nabíjení vysokým proudem, Weihong Power Kombinace nehořícího elektrolytu, membránové technologie s vysokou porézností a vysokou propustností a technologie inteligentního termoregulačního kapaliny STL může zajistit bezpečnost baterie když je baterie rychle nabitá.

V roce 2017 oznámila novou generaci baterií s vysokou energetickou hustotou, které využívají vysokokapacitní a vysoce výkonné lithium-manganátové katodové materiály, s hustotou jedné energie 170 Wh/kg a dosahují 15minutového rychlého nabíjení. Cílem je zohlednit otázky života a bezpečnosti.

Zhuhai Yinlong

Lithium-titanátová anoda je známá svým širokým rozsahem provozních teplot a velkou rychlostí nabíjení-vybíjení. Neexistují jasné údaje o konkrétních technických metodách. Při rozhovoru s personálem na výstavě se říká, že jeho rychlé nabíjení může dosáhnout 10 C a životnost je 20,000 XNUMXkrát.

Budoucnost technologie rychlého nabíjení

Ať už je technologie rychlého nabíjení elektrických vozidel historickým směrem nebo krátkodobým fenoménem, ​​ve skutečnosti se nyní názory liší a neexistuje žádný závěr. Jako alternativní metoda k vyřešení úzkosti z ujetých kilometrů se uvažuje na stejné platformě s hustotou energie baterie a celkovou cenou vozidla.

Hustotu energie a výkon rychlého nabíjení ve stejné baterii lze považovat za dva nekompatibilní směry a nelze jich dosáhnout současně. Snaha o hustotu energie baterie je v současné době hlavním proudem. Když je hustota energie dostatečně vysoká a kapacita baterie vozidla je dostatečně velká, aby se zabránilo tzv. „úzkostnému dojezdu“, sníží se požadavky na rychlost nabíjení baterie; zároveň, pokud je výkon baterie velký, pokud cena baterie na kilowatthodinu není dostatečně nízká, je to nutné? Nákup elektřiny ze strany Ding Kemao, která je dostatečná pro „není úzkostné“, vyžaduje, aby si spotřebitelé vybrali. Když se nad tím zamyslíte, rychlé nabíjení má hodnotu. Dalším úhlem pohledu jsou náklady na rychlonabíjecí zařízení, které jsou samozřejmě součástí nákladů celé společnosti na podporu elektrifikace.

Zda může být technologie rychlého nabíjení propagována ve velkém měřítku, hustota energie a technologie rychlého nabíjení, která se rychle vyvíjí, a dvě technologie, které snižují náklady, mohou hrát rozhodující roli v její budoucnosti.