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.

Under den specifikke opladningsproces påføres den eksterne spænding på batteriets to poler, og lithiumionerne udvindes fra det positive elektrodemateriale og kommer ind i elektrolytten. På samme tid passerer overskydende elektroner gennem den positive strømkollektor og bevæger sig til den negative elektrode gennem det eksterne kredsløb; lithium-ionerne er i elektrolytten. Den bevæger sig fra den positive elektrode til den negative elektrode og passerer gennem membranen til den negative elektrode; SEI-filmen, der passerer gennem overfladen af ​​den negative elektrode, er indlejret i den negative elektrodes grafitlagstruktur og kombineres med elektroner.

Under hele driften af ​​ioner og elektroner vil batteristrukturen, der påvirker ladningsoverførslen, hvad enten den er elektrokemisk eller fysisk, påvirke den hurtige opladningsydelse.

The requirements of fast charging for all parts of the battery

Med hensyn til batterier, hvis du vil forbedre strømydelsen, skal du arbejde hårdt i alle aspekter af batteriet, inklusive den positive elektrode, den negative elektrode, elektrolytten, separatoren og det strukturelle design.

positiv elektrode

Faktisk kan næsten alle slags katodematerialer bruges til at lave hurtigopladede batterier. De vigtige egenskaber, der skal garanteres, omfatter ledningsevne (reducer intern modstand), diffusion (sørg for reaktionskinetik), levetid (forklar ikke) og sikkerhed (forklar ikke) , Korrekt behandlingsydelse (det specifikke overfladeareal bør ikke være for stort stor for at reducere bivirkninger og tjene sikkerheden).

Selvfølgelig kan de problemer, der skal løses for hvert specifikt materiale, være forskellige, men vores almindelige katodematerialer kan opfylde disse krav gennem en række optimeringer, men forskellige materialer er også forskellige:

A. Lithiumjernfosfat kan være mere fokuseret på at løse problemerne med ledningsevne og lav temperatur. Udførelse af kulstofbelægning, moderat nanoisering (bemærk at det er moderat, det er bestemt ikke en simpel logik, at jo finere jo bedre) og dannelse af ionledere på overfladen af ​​partiklerne er de mest typiske strategier.

B. Det ternære materiale i sig selv har relativt god elektrisk ledningsevne, men dets reaktivitet er for høj, så ternære materialer udfører sjældent arbejde i nanoskala (nano-isering er ikke en panacea-lignende modgift til forbedring af materialets ydeevne, især i felt af batterier. Der er nogle gange mange anti-brug i Kina), og der lægges mere vægt på sikkerhed og undertrykkelse af bivirkninger (med elektrolyt). Når alt kommer til alt, ligger den nuværende levetid for ternære materialer i sikkerhed, og nylige batterisikkerhedsulykker har også forekommet hyppigt. stille højere krav.

C. Lithiummanganat er vigtigere med hensyn til levetid. Der er også mange lithium-manganat-baserede hurtigopladningsbatterier på markedet.

negativ elektrode

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. Hårdt kulstof og blødt kulstofmaterialer har også oplevet en del udvikling i de senere år: hårde kulstofmaterialer har et højt lithiumindsættelsespotentiale og har mikroporer i materialerne, så reaktionskinetikken er god; og bløde kulstofmaterialer har god kompatibilitet med elektrolyt, MCMB Materialerne er også meget repræsentative, men hårde og bløde kulstofmaterialer har generelt lav effektivitet og høje omkostninger (og forestil dig at grafit er det samme billige, jeg er bange for at det ikke er håbefulde fra et industrielt synspunkt), så det nuværende forbrug er langt mindre end grafit, og mere brugt i nogle specialiteter på batteriet.

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. Siliciumanodematerialer er en vigtig udviklingsretning, og Panasonics nye 18650 batteri har påbegyndt den kommercielle proces af sådanne materialer. Men det er stadig en mere udfordrende opgave, hvordan man opnår en balance mellem stræben efter nanometerydelse og de generelle krav på mikronniveau for batteriindustrirelaterede materialer.

Membran

Med hensyn til batterier af strømtype stiller højstrømsdrift højere krav til deres sikkerhed og levetid. Membranbelægningsteknologi kan ikke omgås. Keramisk belagte membraner bliver hurtigt skubbet ud på grund af deres høje sikkerhed og evnen til at forbruge urenheder i elektrolytten. Især er effekten af ​​at forbedre sikkerheden ved ternære batterier særlig betydelig.

Det vigtigste system, der i øjeblikket anvendes til keramiske membraner, er at belægge aluminiumoxidpartikler på overfladen af ​​traditionelle membraner. En relativt ny metode er at belægge faste elektrolytfibre på membranen. Sådanne membraner har lavere indre modstand, og den mekaniske støtteeffekt af fiberrelaterede membraner er bedre. Fremragende, og den har en lavere tendens til at blokere membranporerne under service.

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.

Elektrolyt

Elektrolytten har stor indflydelse på ydelsen af ​​hurtigopladede lithium-ion-batterier. For at sikre batteriets stabilitet og sikkerhed under hurtig opladning og høj strøm, skal elektrolytten opfylde følgende egenskaber: A) kan ikke nedbrydes, B) høj ledningsevne, og C) er inert over for de positive og negative materialer. Reager eller opløs.

Hvis du ønsker at opfylde disse krav, er nøglen at bruge tilsætningsstoffer og funktionelle elektrolytter. For eksempel er sikkerheden for ternære hurtigopladningsbatterier stærkt påvirket af det, og det er nødvendigt at tilføje forskellige anti-højtemperatur-, flammehæmmende og anti-overladningsadditiver til dem for at forbedre dets sikkerhed til en vis grad. Det gamle og vanskelige problem med lithium-titanat-batterier, luft i høj temperatur, skal også forbedres med højtemperatur-funktionel elektrolyt.

Batteristruktur design

En typisk optimeringsstrategi er den stablede VS-viklingstype. Elektroderne på det stablede batteri svarer til et parallelforhold, og viklingstypen svarer til en serieforbindelse. Derfor er den indre modstand af førstnævnte meget mindre, og den er mere egnet til strømtypen. lejlighed.

Derudover kan der gøres en indsats på antallet af faner for at løse problemerne med intern modstand og varmeafledning. Derudover er brug af højkonduktivitetselektrodematerialer, brug af mere ledende midler og belægning af tyndere elektroder også strategier, der kan overvejes.

Kort sagt, de faktorer, der påvirker ladebevægelsen i batteriet og hastigheden for indsættelse af elektrodehuller, vil påvirke lithium-ion-batteriers hurtige opladningsevne.

Oversigt over hurtigopladningsteknologiruter for almindelige producenter

Ningde era

Med hensyn til den positive elektrode udviklede CATL teknologien “superelektronisk netværk”, som gør, at lithiumjernfosfat har fremragende elektronisk ledningsevne; på den negative elektrodegrafitoverflade bruges “hurtig ionring”-teknologien til at modificere grafitten, og den modificerede grafit tager højde for både superhurtig opladning og høj. Med egenskaberne energitæthed har den negative elektrode ikke længere overdreven bi- produkter under hurtig opladning, så den har 4-5C hurtigopladningskapacitet, realiserer 10-15 minutters hurtig opladning og opladning, og kan sikre energitætheden af ​​systemniveauet over 70wh/kg, hvilket opnår 10,000 cyklus levetid.

Med hensyn til termisk styring genkender dets termiske styringssystem fuldt ud det “sunde opladningsinterval” for det faste kemiske system ved forskellige temperaturer og SOC’er, hvilket i høj grad udvider driftstemperaturen for lithium-ion-batterier.

Waterma

Waterma er ikke så god på det seneste, lad os bare tale om teknologi. Waterma bruger lithiumjernfosfat med en mindre partikelstørrelse. På nuværende tidspunkt har det almindelige lithiumjernfosfat på markedet en partikelstørrelse mellem 300 og 600 nm, mens Waterma kun bruger 100 til 300 nm lithiumjernfosfat, så lithiumioner vil have Jo hurtigere migrationshastigheden er, jo større kan strømmen være. opladet og afladet. For andre systemer end batterier, styrkelse af designet af termiske styringssystemer og systemsikkerhed.

Micro Power

I de tidlige dage valgte Weihong Power lithiumtitanat + porøst kompositkulstof med spinelstruktur, der kan modstå hurtig opladning og høj strøm som det negative elektrodemateriale; for at forhindre truslen om høj strømstrøm til batterisikkerheden under hurtig opladning, Weihong Power Kombinerer ikke-brændende elektrolyt, højporøsitet og højpermeabilitet membranteknologi og STL intelligent termisk kontrolvæsketeknologi, kan det sikre batteriets sikkerhed når batteriet er hurtigt opladet.

I 2017 annoncerede den en ny generation af batterier med høj energitæthed, der bruger højkapacitets- og højeffekts lithiummanganatkatodematerialer med en enkelt energitæthed på 170 wh/kg og opnår 15 minutters hurtig opladning. Målet er at tage hensyn til livs- og sikkerhedsspørgsmål.

Zhuhai Yinlong

Lithium titanat anode er kendt for sit brede driftstemperaturområde og store ladnings-afladningshastighed. Der er ingen klare data om de specifikke tekniske metoder. Når man taler med personalet på udstillingen, siges det, at dens hurtigopladning kan nå 10C og levetiden er 20,000 gange.

Fremtiden for hurtigopladningsteknologi

Hvorvidt hurtigopladningsteknologien i elektriske køretøjer er en historisk retning eller et kortvarigt fænomen, er der faktisk forskellige meninger nu, og der er ingen konklusion. Som en alternativ metode til at løse kilometerangst, betragtes den på den samme platform med batteriets energitæthed og samlede køretøjsomkostninger.

Energitæthed og hurtig opladningsydelse, i det samme batteri, kan siges at være to inkompatible retninger og kan ikke opnås på samme tid. Forfølgelsen af ​​batterienergitæthed er i øjeblikket mainstream. Når energitætheden er høj nok, og et køretøjs batterikapacitet er stor nok til at forhindre den såkaldte “range anxiety”, vil efterspørgslen efter batteriladningsydelse blive reduceret; på samme tid, hvis batteristrømmen er stor, hvis batteriprisen pr. kilowatt-time ikke er lav nok, er det så nødvendigt? Ding Kemaos køb af elektricitet, der er tilstrækkelig til “ikke ængstelige”, kræver, at forbrugerne træffer et valg. Hvis du tænker over det, har hurtig opladning værdi. Et andet synspunkt er omkostningerne til hurtigladeanlæg, som naturligvis er en del af hele samfundets omkostninger til at fremme elektrificering.

Hvorvidt hurtigopladningsteknologi kan fremmes i stor skala, kan energitætheden og hurtigopladningsteknologien, som udvikler sig hurtigt, og de to teknologier, der reducerer omkostningerne, spille en afgørende rolle i fremtiden.