Οι μπαταρίες ιόντων λιθίου ονομάζονται μπαταρίες τύπου «κουνιστή καρέκλας». Τα φορτισμένα ιόντα κινούνται μεταξύ των θετικών και αρνητικών ηλεκτροδίων για να πραγματοποιήσουν μεταφορά φορτίου και τροφοδοσία ρεύματος σε εξωτερικά κυκλώματα ή φόρτιση από εξωτερική πηγή ενέργειας.

Κατά τη διάρκεια της συγκεκριμένης διαδικασίας φόρτισης, η εξωτερική τάση εφαρμόζεται στους δύο πόλους της μπαταρίας και τα ιόντα λιθίου εξάγονται από το υλικό του θετικού ηλεκτροδίου και εισέρχονται στον ηλεκτρολύτη. Ταυτόχρονα, η περίσσεια ηλεκτρονίων διέρχεται από τον συλλέκτη θετικού ρεύματος και μετακινείται στο αρνητικό ηλεκτρόδιο μέσω του εξωτερικού κυκλώματος. τα ιόντα λιθίου βρίσκονται στον ηλεκτρολύτη. Μετακινείται από το θετικό ηλεκτρόδιο στο αρνητικό ηλεκτρόδιο, περνώντας από το διάφραγμα στο αρνητικό ηλεκτρόδιο. το φιλμ SEI που διέρχεται από την επιφάνεια του αρνητικού ηλεκτροδίου είναι ενσωματωμένο στη δομή με στρώματα γραφίτη του αρνητικού ηλεκτροδίου και συνδυάζεται με ηλεκτρόνια.

Σε όλη τη λειτουργία των ιόντων και των ηλεκτρονίων, η δομή της μπαταρίας που επηρεάζει τη μεταφορά φορτίου, είτε ηλεκτροχημική είτε φυσική, θα επηρεάσει την απόδοση γρήγορης φόρτισης.

Οι απαιτήσεις γρήγορης φόρτισης για όλα τα μέρη της μπαταρίας

Όσον αφορά τις μπαταρίες, εάν θέλετε να βελτιώσετε την απόδοση ισχύος, πρέπει να εργαστείτε σκληρά σε όλες τις πτυχές της μπαταρίας, συμπεριλαμβανομένων του θετικού ηλεκτροδίου, του αρνητικού ηλεκτροδίου, του ηλεκτρολύτη, του διαχωριστή και του δομικού σχεδιασμού.

θετικό ηλεκτρόδιο

Στην πραγματικότητα, σχεδόν όλα τα είδη καθοδικών υλικών μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την κατασκευή μπαταριών ταχείας φόρτισης. Οι σημαντικές ιδιότητες που πρέπει να εγγυηθούν περιλαμβάνουν αγωγιμότητα (μείωση εσωτερικής αντίστασης), διάχυση (διασφάλιση κινητικής αντίδρασης), διάρκεια ζωής (μην εξηγείτε) και ασφάλεια (μην εξηγείτε), σωστή απόδοση επεξεργασίας (η συγκεκριμένη επιφάνεια δεν πρέπει να είναι πολύ μεγάλο για να μειώσει τις παρενέργειες και να εξυπηρετήσει την ασφάλεια).

Φυσικά, τα προβλήματα που πρέπει να επιλυθούν για κάθε συγκεκριμένο υλικό μπορεί να είναι διαφορετικά, αλλά τα κοινά μας καθοδικά υλικά μπορούν να ικανοποιήσουν αυτές τις απαιτήσεις μέσω μιας σειράς βελτιστοποιήσεων, αλλά διαφορετικά υλικά είναι επίσης διαφορετικά:

Α. Ο φωσφορικός σίδηρος λιθίου μπορεί να επικεντρωθεί περισσότερο στην επίλυση των προβλημάτων αγωγιμότητας και χαμηλής θερμοκρασίας. Η πραγματοποίηση επικάλυψης άνθρακα, η μέτρια νανοοποίηση (σημειώστε ότι είναι μέτρια, σίγουρα δεν είναι απλή λογική ότι όσο λεπτότερο τόσο το καλύτερο) και ο σχηματισμός αγωγών ιόντων στην επιφάνεια των σωματιδίων είναι οι πιο τυπικές στρατηγικές.

Β. Το ίδιο το τριμερές υλικό έχει σχετικά καλή ηλεκτρική αγωγιμότητα, αλλά η αντιδραστικότητά του είναι πολύ υψηλή, επομένως τα τριμερή υλικά σπάνια εκτελούν εργασίες νανοκλίμακας (η νανοδιάταξη δεν είναι αντίδοτο σαν πανάκεια για τη βελτίωση της απόδοσης του υλικού, ειδικά στην πεδίο των μπαταριών Υπάρχουν μερικές φορές πολλές αντιχρήσεις στην Κίνα), και δίνεται μεγαλύτερη προσοχή στην ασφάλεια και την καταστολή των παρενεργειών (με ηλεκτρολύτη). Σε τελική ανάλυση, η τρέχουσα διάρκεια ζωής των τριμερών υλικών έγκειται στην ασφάλεια, και πρόσφατα ατυχήματα ασφάλειας μπαταρίας έχουν επίσης συμβεί συχνά. Προβάλετε υψηλότερες απαιτήσεις.

Γ. Το μαγγανικό λίθιο είναι πιο σημαντικό όσον αφορά τη διάρκεια ζωής. Υπάρχουν επίσης πολλές μπαταρίες ταχείας φόρτισης με βάση το μαγγανικό λίθιο στην αγορά.

αρνητικό ηλεκτρόδιο

Όταν μια μπαταρία ιόντων λιθίου φορτίζεται, το λίθιο μεταναστεύει στο αρνητικό ηλεκτρόδιο. Το υπερβολικά υψηλό δυναμικό που προκαλείται από τη γρήγορη φόρτιση και το μεγάλο ρεύμα θα κάνει το αρνητικό δυναμικό του ηλεκτροδίου να είναι πιο αρνητικό. Αυτή τη στιγμή, η πίεση του αρνητικού ηλεκτροδίου για γρήγορη αποδοχή λιθίου θα αυξηθεί και η τάση για παραγωγή δενδριτών λιθίου θα αυξηθεί. Επομένως, το αρνητικό ηλεκτρόδιο δεν πρέπει να ικανοποιεί μόνο τη διάχυση λιθίου κατά τη γρήγορη φόρτιση. Οι απαιτήσεις κινητικής της μπαταρίας ιόντων λιθίου πρέπει επίσης να λύσουν το πρόβλημα ασφάλειας που προκαλείται από την αυξημένη τάση των δενδριτών λιθίου. Επομένως, η σημαντική τεχνική δυσκολία του πυρήνα ταχείας φόρτισης είναι η εισαγωγή ιόντων λιθίου στο αρνητικό ηλεκτρόδιο.

Α. Επί του παρόντος, το κυρίαρχο υλικό αρνητικών ηλεκτροδίων στην αγορά εξακολουθεί να είναι ο γραφίτης (που αντιπροσωπεύει περίπου το 90% του μεριδίου αγοράς). Ο βασικός λόγος είναι φθηνός και η συνολική απόδοση επεξεργασίας και η ενεργειακή πυκνότητα του γραφίτη είναι σχετικά καλές, με σχετικά λίγες ελλείψεις. . Φυσικά, προβλήματα υπάρχουν και με το αρνητικό ηλεκτρόδιο γραφίτη. Η επιφάνεια είναι σχετικά ευαίσθητη στον ηλεκτρολύτη και η αντίδραση παρεμβολής λιθίου έχει ισχυρή κατευθυντικότητα. Επομένως, είναι σημαντικό να εργαστούμε σκληρά για να βελτιώσουμε τη δομική σταθερότητα της επιφάνειας του γραφίτη και να προωθήσουμε τη διάχυση ιόντων λιθίου στο υπόστρωμα. κατεύθυνση.

Β. Τα υλικά από σκληρό άνθρακα και μαλακό άνθρακα έχουν επίσης αναπτυχθεί πολύ τα τελευταία χρόνια: τα υλικά σκληρού άνθρακα έχουν υψηλή δυνατότητα εισαγωγής λιθίου και έχουν μικροπόρους στα υλικά, επομένως η κινητική της αντίδρασης είναι καλή. και τα υλικά μαλακού άνθρακα έχουν καλή συμβατότητα με τον ηλεκτρολύτη, MCMB Τα υλικά είναι επίσης πολύ αντιπροσωπευτικά, αλλά τα σκληρά και μαλακά υλικά άνθρακα είναι γενικά χαμηλής απόδοσης και υψηλού κόστους (και φανταστείτε ότι ο γραφίτης είναι το ίδιο φθηνός, φοβάμαι ότι δεν είναι ελπιδοφόρα από βιομηχανική άποψη), επομένως η τρέχουσα κατανάλωση είναι πολύ μικρότερη από τον γραφίτη και χρησιμοποιείται περισσότερο σε ορισμένες ειδικότητες Στην μπαταρία.

Γ. Τι θα λέγατε για το τιτανικό λίθιο; Για να το θέσω εν συντομία: τα πλεονεκτήματα του τιτανικού λιθίου είναι η υψηλή πυκνότητα ισχύος, τα ασφαλέστερα και προφανή μειονεκτήματα. Η ενεργειακή πυκνότητα είναι πολύ χαμηλή και το κόστος είναι υψηλό όταν υπολογίζεται με Wh. Επομένως, η άποψη της μπαταρίας τιτανικού λιθίου είναι μια χρήσιμη τεχνολογία με πλεονεκτήματα σε συγκεκριμένες περιπτώσεις, αλλά δεν είναι κατάλληλη για πολλές περιπτώσεις που απαιτούν υψηλό κόστος και εμβέλεια πλεύσης.

Δ. Τα υλικά ανόδου πυριτίου είναι μια σημαντική κατεύθυνση ανάπτυξης και η νέα μπαταρία 18650 της Panasonic έχει ξεκινήσει την εμπορική διαδικασία τέτοιων υλικών. Ωστόσο, το πώς να επιτευχθεί μια ισορροπία μεταξύ της επιδίωξης της απόδοσης των νανομέτρων και των γενικών απαιτήσεων σε επίπεδο micron των υλικών που σχετίζονται με τη βιομηχανία μπαταριών εξακολουθεί να είναι ένα πιο δύσκολο έργο.

Διάφραγμα

Όσον αφορά τις μπαταρίες τύπου ισχύος, η λειτουργία υψηλού ρεύματος επιβάλλει υψηλότερες απαιτήσεις για την ασφάλεια και τη διάρκεια ζωής τους. Η τεχνολογία επίστρωσης διαφράγματος δεν μπορεί να παρακαμφθεί. Τα διαφράγματα με κεραμική επίστρωση ωθούνται γρήγορα προς τα έξω λόγω της υψηλής ασφάλειάς τους και της ικανότητάς τους να καταναλώνουν ακαθαρσίες στον ηλεκτρολύτη. Ειδικότερα, η επίδραση της βελτίωσης της ασφάλειας των τριμερών μπαταριών είναι ιδιαίτερα σημαντική.

Το πιο σημαντικό σύστημα που χρησιμοποιείται σήμερα για κεραμικά διαφράγματα είναι η επίστρωση σωματιδίων αλουμίνας στην επιφάνεια των παραδοσιακών διαφραγμάτων. Μια σχετικά νέα μέθοδος είναι η επίστρωση στερεών ινών ηλεκτρολύτη στο διάφραγμα. Τέτοια διαφράγματα έχουν χαμηλότερη εσωτερική αντίσταση και το αποτέλεσμα μηχανικής υποστήριξης των διαφραγμάτων που σχετίζονται με ίνες είναι καλύτερο. Εξαιρετικό και έχει μικρότερη τάση να φράζει τους πόρους του διαφράγματος κατά τη διάρκεια του σέρβις.

Μετά την επίστρωση, το διάφραγμα έχει καλή σταθερότητα. Ακόμα κι αν η θερμοκρασία είναι σχετικά υψηλή, δεν είναι εύκολο να συρρικνωθεί και να παραμορφωθεί και να προκληθεί βραχυκύκλωμα. Η Jiangsu Qingtao Energy Co., Ltd. που υποστηρίζεται από την τεχνική υποστήριξη της ερευνητικής ομάδας Nan Cewen της Σχολής Υλικών και Υλικών του Πανεπιστημίου Tsinghua έχει κάποιους αντιπροσώπους από αυτή την άποψη. Λειτουργώντας, το διάφραγμα φαίνεται στο παρακάτω σχήμα.

Ηλεκτρολύτης

Ο ηλεκτρολύτης έχει μεγάλη επίδραση στην απόδοση των ταχείας φόρτισης μπαταριών ιόντων λιθίου. Για να εξασφαλιστεί η σταθερότητα και η ασφάλεια της μπαταρίας υπό γρήγορη φόρτιση και υψηλό ρεύμα, ο ηλεκτρολύτης πρέπει να πληροί τα ακόλουθα χαρακτηριστικά: Α) δεν μπορεί να αποσυντεθεί, Β) υψηλή αγωγιμότητα και Γ) είναι αδρανής στα θετικά και αρνητικά υλικά. Αντιδράστε ή διαλύστε.

Εάν θέλετε να ικανοποιήσετε αυτές τις απαιτήσεις, το κλειδί είναι να χρησιμοποιήσετε πρόσθετα και λειτουργικούς ηλεκτρολύτες. Για παράδειγμα, η ασφάλεια των τριών μπαταριών ταχείας φόρτισης επηρεάζεται σε μεγάλο βαθμό από αυτό και είναι απαραίτητο να προστεθούν διάφορα πρόσθετα κατά της υψηλής θερμοκρασίας, επιβραδυντικά φλόγας και κατά της υπερφόρτισης για να βελτιωθεί η ασφάλειά τους σε κάποιο βαθμό. Το παλιό και δύσκολο πρόβλημα των μπαταριών τιτανικού λιθίου, ο μετεωρισμός σε υψηλή θερμοκρασία, πρέπει επίσης να βελτιωθεί από τον λειτουργικό ηλεκτρολύτη υψηλής θερμοκρασίας.

Σχεδιασμός δομής μπαταρίας

Μια τυπική στρατηγική βελτιστοποίησης είναι ο τύπος περιέλιξης στοιβαγμένο VS. Τα ηλεκτρόδια της στοιβαγμένης μπαταρίας είναι ισοδύναμα με παράλληλη σχέση και ο τύπος περιέλιξης είναι ισοδύναμος με σύνδεση σε σειρά. Επομένως, η εσωτερική αντίσταση του πρώτου είναι πολύ μικρότερη και είναι πιο κατάλληλη για τον τύπο ισχύος. ευκαιρία.

Επιπλέον, μπορούν να γίνουν προσπάθειες για τον αριθμό των γλωττίδων για την επίλυση των προβλημάτων εσωτερικής αντίστασης και απαγωγής θερμότητας. Επιπλέον, η χρήση υλικών ηλεκτροδίων υψηλής αγωγιμότητας, η χρήση περισσότερων αγώγιμων παραγόντων και η επίστρωση λεπτότερων ηλεκτροδίων είναι επίσης στρατηγικές που μπορούν να ληφθούν υπόψη.

Εν ολίγοις, οι παράγοντες που επηρεάζουν την κίνηση φόρτισης εντός της μπαταρίας και τον ρυθμό εισαγωγής των οπών του ηλεκτροδίου θα επηρεάσουν την ικανότητα ταχείας φόρτισης των μπαταριών ιόντων λιθίου.

Επισκόπηση των διαδρομών τεχνολογίας γρήγορης φόρτισης για κύριους κατασκευαστές

Εποχή Ningde

Όσον αφορά το θετικό ηλεκτρόδιο, η CATL ανέπτυξε την τεχνολογία «υπερηλεκτρονικού δικτύου», η οποία κάνει τον φωσφορικό σίδηρο λιθίου να έχει εξαιρετική ηλεκτρονική αγωγιμότητα. στην επιφάνεια γραφίτη αρνητικού ηλεκτροδίου, η τεχνολογία “ταχύς δακτύλιος ιόντων” χρησιμοποιείται για την τροποποίηση του γραφίτη και ο τροποποιημένος γραφίτης λαμβάνει υπόψη τόσο την εξαιρετικά γρήγορη φόρτιση όσο και την υψηλή. Με τα χαρακτηριστικά της ενεργειακής πυκνότητας, το αρνητικό ηλεκτρόδιο δεν έχει πλέον υπερβολικό προϊόντα κατά τη γρήγορη φόρτιση, έτσι ώστε να έχει ικανότητα γρήγορης φόρτισης 4-5 C, πραγματοποιώντας γρήγορη φόρτιση και φόρτιση 10-15 λεπτών και μπορεί να εξασφαλίσει την ενεργειακή πυκνότητα του επιπέδου του συστήματος πάνω από 70 wh/kg, επιτυγχάνοντας 10,000 κύκλους ζωής.

Όσον αφορά τη θερμική διαχείριση, το σύστημα θερμικής διαχείρισης αναγνωρίζει πλήρως το «διάστημα υγιούς φόρτισης» του σταθερού χημικού συστήματος σε διαφορετικές θερμοκρασίες και SOC, γεγονός που διευρύνει σημαντικά τη θερμοκρασία λειτουργίας των μπαταριών ιόντων λιθίου.

Waterma

Το Waterma δεν είναι τόσο καλό τελευταία, ας μιλήσουμε μόνο για τεχνολογία. Το Waterma χρησιμοποιεί φωσφορικό σίδηρο λιθίου με μικρότερο μέγεθος σωματιδίων. Προς το παρόν, ο κοινός φωσφορικός σίδηρος λιθίου στην αγορά έχει μέγεθος σωματιδίων μεταξύ 300 και 600 nm, ενώ η Waterma χρησιμοποιεί μόνο 100 έως 300 nm φωσφορικό σίδηρο λιθίου, οπότε τα ιόντα λιθίου θα έχουν Όσο μεγαλύτερη είναι η ταχύτητα μετανάστευσης, τόσο μεγαλύτερο μπορεί να είναι το ρεύμα φορτισμένη και αποφορτισμένη. Για συστήματα εκτός από μπαταρίες, ενισχύστε τον σχεδιασμό συστημάτων θερμικής διαχείρισης και την ασφάλεια του συστήματος.

Μικρή ισχύς

Στις πρώτες μέρες, η Weihong Power επέλεξε τιτανικό λίθιο + πορώδες σύνθετο άνθρακα με δομή σπινελίου που μπορεί να αντέξει τη γρήγορη φόρτιση και το υψηλό ρεύμα ως υλικό αρνητικού ηλεκτροδίου. προκειμένου να αποφευχθεί η απειλή ρεύματος υψηλής ισχύος στην ασφάλεια της μπαταρίας κατά τη γρήγορη φόρτιση, η Weihong Power Combining που δεν καίγεται ηλεκτρολύτης, η τεχνολογία διαφράγματος υψηλού πορώδους και υψηλής διαπερατότητας και η τεχνολογία υγρού έξυπνου θερμικού ελέγχου STL, μπορεί να εξασφαλίσει την ασφάλεια της μπαταρίας όταν η μπαταρία φορτίζεται γρήγορα.

Το 2017, ανακοίνωσε μια νέα γενιά μπαταριών υψηλής ενεργειακής πυκνότητας, χρησιμοποιώντας υλικά καθόδου μαγγανικού λιθίου υψηλής χωρητικότητας και υψηλής ισχύος, με ενιαία ενεργειακή πυκνότητα 170 wh/kg και επιτυγχάνοντας γρήγορη φόρτιση 15 λεπτών. Στόχος είναι να ληφθούν υπόψη θέματα ζωής και ασφάλειας.

Ζουχάι Γινλόνγκ

Η άνοδος τιτανικού λιθίου είναι γνωστή για το ευρύ φάσμα θερμοκρασιών λειτουργίας και το μεγάλο ρυθμό φόρτισης-εκφόρτισης. Δεν υπάρχουν σαφή στοιχεία για τις συγκεκριμένες τεχνικές μεθόδους. Μιλώντας με το προσωπικό της έκθεσης, λέγεται ότι η γρήγορη φόρτισή του μπορεί να φτάσει τους 10 C και η διάρκεια ζωής είναι 20,000 φορές.

Το μέλλον της τεχνολογίας γρήγορης φόρτισης

Είτε η τεχνολογία γρήγορης φόρτισης των ηλεκτρικών οχημάτων είναι μια ιστορική κατεύθυνση ή ένα βραχύβιο φαινόμενο, στην πραγματικότητα, υπάρχουν διαφορετικές απόψεις τώρα και δεν υπάρχει συμπέρασμα. Ως εναλλακτική μέθοδος για την επίλυση του άγχους για τα χιλιόμετρα, θεωρείται στην ίδια πλατφόρμα με την πυκνότητα ενέργειας της μπαταρίας και το συνολικό κόστος του οχήματος.

Η ενεργειακή πυκνότητα και η απόδοση γρήγορης φόρτισης, στην ίδια μπαταρία, μπορούμε να πούμε ότι είναι δύο ασύμβατες κατευθύνσεις και δεν μπορούν να επιτευχθούν ταυτόχρονα. Η επιδίωξη της πυκνότητας ενέργειας της μπαταρίας είναι επί του παρόντος η κύρια τάση. Όταν η ενεργειακή πυκνότητα είναι αρκετά υψηλή και η χωρητικότητα της μπαταρίας ενός οχήματος είναι αρκετά μεγάλη ώστε να αποτρέπεται το λεγόμενο «άγχος εμβέλειας», η ζήτηση για απόδοση φόρτισης ρυθμού μπαταρίας θα μειωθεί. ταυτόχρονα, αν η ισχύς της μπαταρίας είναι μεγάλη, αν το κόστος της μπαταρίας ανά κιλοβατώρα δεν είναι αρκετά χαμηλό, τότε είναι απαραίτητο; Η αγορά ηλεκτρικής ενέργειας από τον Ding Kemao που είναι επαρκής για «μη ανήσυχος» απαιτεί από τους καταναλωτές να κάνουν μια επιλογή. Αν το καλοσκεφτείς, η γρήγορη φόρτιση έχει αξία. Μια άλλη άποψη είναι το κόστος των εγκαταστάσεων ταχείας φόρτισης, το οποίο φυσικά αποτελεί μέρος του κόστους ολόκληρης της κοινωνίας για την προώθηση της ηλεκτροδότησης.

Εάν η τεχνολογία γρήγορης φόρτισης μπορεί να προωθηθεί σε μεγάλη κλίμακα, η τεχνολογία πυκνότητας ενέργειας και γρήγορης φόρτισης που αναπτύσσεται γρήγορα, καθώς και οι δύο τεχνολογίες που μειώνουν το κόστος, ενδέχεται να διαδραματίσουν καθοριστικό ρόλο στο μέλλον της.