Las baterías de iones de litio se denominan baterías “tipo silla mecedora”. Los iones cargados se mueven entre los electrodos positivo y negativo para realizar la transferencia de carga y suministrar energía a circuitos externos o cargar desde una fuente de energía externa.

Durante el proceso de carga específico, el voltaje externo se aplica a los dos polos de la batería y los iones de litio se extraen del material del electrodo positivo y entran en el electrolito. Al mismo tiempo, el exceso de electrones atraviesa el colector de corriente positiva y pasa al electrodo negativo a través del circuito externo; los iones de litio están en el electrolito. Se mueve del electrodo positivo al electrodo negativo, pasando por el diafragma al electrodo negativo; la película SEI que pasa a través de la superficie del electrodo negativo está incrustada en la estructura en capas de grafito del electrodo negativo y se combina con electrones.

Durante el funcionamiento de los iones y electrones, la estructura de la batería que afecta la transferencia de carga, ya sea electroquímica o física, afectará el rendimiento de la carga rápida.

Los requisitos de carga rápida para todas las partes de la batería.

Con respecto a las baterías, si desea mejorar el rendimiento de la energía, debe trabajar duro en todos los aspectos de la batería, incluido el electrodo positivo, el electrodo negativo, el electrolito, el separador y el diseño estructural.

electrodo positivo

De hecho, se pueden utilizar casi todos los tipos de materiales de cátodos para fabricar baterías de carga rápida. Las propiedades importantes que deben garantizarse incluyen conductividad (reducir la resistencia interna), difusión (garantizar la cinética de reacción), vida (no explicar) y seguridad (no explicar), rendimiento de procesamiento adecuado (el área de superficie específica no debe ser demasiado grande para reducir las reacciones secundarias y servir la seguridad).

Por supuesto, los problemas a resolver para cada material específico pueden ser diferentes, pero nuestros materiales de cátodos comunes pueden cumplir con estos requisitos a través de una serie de optimizaciones, pero los diferentes materiales también son diferentes:

R. El fosfato de hierro y litio puede estar más enfocado en resolver los problemas de conductividad y baja temperatura. La realización de un recubrimiento de carbono, la nano-nanoización moderada (nótese que es moderada, definitivamente no es una lógica simple que cuanto más fina mejor), y la formación de conductores de iones en la superficie de las partículas son las estrategias más típicas.

B. El material ternario en sí tiene una conductividad eléctrica relativamente buena, pero su reactividad es demasiado alta, por lo que los materiales ternarios rara vez realizan trabajo a nanoescala (la nano-ización no es un antídoto similar a una panacea para la mejora del rendimiento del material, especialmente en el campo de las baterías A veces hay muchos anti-usos en China), y se presta más atención a la seguridad y la supresión de reacciones secundarias (con electrolitos). Después de todo, la vida actual de los materiales ternarios radica en la seguridad, y también se han producido con frecuencia accidentes recientes relacionados con la seguridad de las baterías. Presentar requisitos más elevados.

C. El manganato de litio es más importante en términos de vida útil. También hay muchas baterías de carga rápida basadas en manganato de litio en el mercado.

electrodo negativo

Cuando se carga una batería de iones de litio, el litio migra al electrodo negativo. El potencial excesivamente alto causado por la carga rápida y la gran corriente hará que el potencial del electrodo negativo sea más negativo. En este momento, aumentará la presión del electrodo negativo para aceptar rápidamente litio y aumentará la tendencia a generar dendritas de litio. Por lo tanto, el electrodo negativo no solo debe satisfacer la difusión de litio durante la carga rápida. Los requisitos cinéticos de la batería de iones de litio también deben resolver el problema de seguridad causado por la mayor tendencia de las dendritas de litio. Por tanto, la importante dificultad técnica del núcleo de carga rápida es la inserción de iones de litio en el electrodo negativo.

R. En la actualidad, el material de electrodo negativo dominante en el mercado sigue siendo el grafito (que representa aproximadamente el 90% de la cuota de mercado). La razón fundamental es barata, y el rendimiento de procesamiento integral y la densidad de energía del grafito son relativamente buenos, con relativamente pocas deficiencias. . Por supuesto, también hay problemas con el electrodo negativo de grafito. La superficie es relativamente sensible al electrolito y la reacción de intercalación de litio tiene una fuerte direccionalidad. Por lo tanto, es importante trabajar duro para mejorar la estabilidad estructural de la superficie de grafito y promover la difusión de iones de litio sobre el sustrato. dirección.

B. Los materiales de carbono duro y carbono blando también han experimentado un gran desarrollo en los últimos años: los materiales de carbono duro tienen un alto potencial de inserción de litio y tienen microporos en los materiales, por lo que la cinética de reacción es buena; y los materiales de carbono blando tienen buena compatibilidad con el electrolito, MCMB Los materiales también son muy representativos, pero los materiales de carbono duro y blando son generalmente de baja eficiencia y alto costo (e imagina que el grafito es igual de barato, me temo que no lo es esperanzador desde un punto de vista industrial), por lo que el consumo de corriente es mucho menor que el del grafito, y más utilizado en algunas especialidades en la batería.

C. ¿Qué tal el titanato de litio? En pocas palabras: las ventajas del titanato de litio son la alta densidad de potencia, las desventajas más seguras y obvias. La densidad de energía es muy baja y el costo es alto cuando se calcula mediante Wh. Por lo tanto, el punto de vista de la batería de titanato de litio es una tecnología útil con ventajas en ocasiones específicas, pero no es adecuada para muchas ocasiones que requieren un alto costo y rango de crucero.

D. Los materiales del ánodo de silicio son una importante dirección de desarrollo, y la nueva batería 18650 de Panasonic ha comenzado el proceso comercial de dichos materiales. Sin embargo, la forma de lograr un equilibrio entre la búsqueda del rendimiento nanométrico y los requisitos generales de nivel de micras de los materiales relacionados con la industria de las baterías sigue siendo una tarea más desafiante.

Diafragma

Con respecto a las baterías de tipo eléctrico, el funcionamiento de alta corriente impone requisitos más altos en cuanto a su seguridad y vida útil. La tecnología de recubrimiento de diafragma no se puede eludir. Los diafragmas recubiertos de cerámica se están expulsando rápidamente debido a su alta seguridad y la capacidad de consumir impurezas en el electrolito. En particular, el efecto de mejorar la seguridad de las baterías ternarias es particularmente significativo.

El sistema más importante que se utiliza actualmente para los diafragmas cerámicos es cubrir las partículas de alúmina en la superficie de los diafragmas tradicionales. Un método relativamente nuevo consiste en revestir el diafragma con fibras de electrolito sólidas. Dichos diafragmas tienen una menor resistencia interna y el efecto de soporte mecánico de los diafragmas relacionados con las fibras es mejor. Excelente y tiene una menor tendencia a bloquear los poros del diafragma durante el servicio.

Después del recubrimiento, el diafragma tiene buena estabilidad. Incluso si la temperatura es relativamente alta, no es fácil encoger y deformar y provocar un cortocircuito. Jiangsu Qingtao Energy Co., Ltd., respaldada por el apoyo técnico del grupo de investigación Nan Cewen de la Escuela de Materiales y Materiales de la Universidad de Tsinghua, tiene algún representante al respecto. En funcionamiento, el diafragma se muestra en la siguiente figura.

Electrolito

El electrolito tiene una gran influencia en el rendimiento de las baterías de iones de litio de carga rápida. Para garantizar la estabilidad y seguridad de la batería bajo carga rápida y alta corriente, el electrolito debe cumplir las siguientes características: A) no se puede descomponer, B) alta conductividad y C) es inerte a los materiales positivos y negativos. Reaccionar o disolver.

Si desea cumplir con estos requisitos, la clave es utilizar aditivos y electrolitos funcionales. Por ejemplo, la seguridad de las baterías ternarias de carga rápida se ve muy afectada por ello, y es necesario agregarles varios aditivos anti-alta temperatura, retardadores de llama y anti-sobrecarga para mejorar su seguridad hasta cierto punto. El viejo y difícil problema de las baterías de titanato de litio, la flatulencia a alta temperatura, también debe mejorarse mediante electrolito funcional a alta temperatura.

Diseño de estructura de batería

Una estrategia de optimización típica es el tipo de bobinado VS apilado. Los electrodos de la batería apilada equivalen a una relación en paralelo y el tipo de bobinado equivale a una conexión en serie. Por tanto, la resistencia interna del primero es mucho menor y es más adecuada para el tipo de potencia. ocasión.

Además, se pueden hacer esfuerzos en el número de pestañas para resolver los problemas de resistencia interna y disipación de calor. Además, el uso de materiales de electrodos de alta conductividad, el uso de agentes más conductores y el recubrimiento de electrodos más delgados también son estrategias que se pueden considerar.

En resumen, los factores que afectan el movimiento de carga dentro de la batería y la velocidad de inserción de los orificios de los electrodos afectarán la capacidad de carga rápida de las baterías de iones de litio.

Descripción general de las rutas de la tecnología de carga rápida para los principales fabricantes

Era Ningde

En cuanto al electrodo positivo, CATL desarrolló la tecnología de “súper red electrónica”, que hace que el fosfato de hierro y litio tenga una excelente conductividad electrónica; En la superficie de grafito del electrodo negativo, la tecnología de “anillo de iones rápidos” se utiliza para modificar el grafito, y el grafito modificado tiene en cuenta tanto la carga superrápida como la alta. Con las características de densidad de energía, el electrodo negativo ya no tiene una sobrecarga excesiva. productos durante la carga rápida, de modo que tenga una capacidad de carga rápida de 4-5C, realizando una carga y carga rápidas de 10-15 minutos, y pueda garantizar la densidad de energía del nivel del sistema por encima de 70wh / kg, logrando una vida útil de 10,000 ciclos.

En términos de gestión térmica, su sistema de gestión térmica reconoce completamente el “intervalo de carga saludable” del sistema químico fijo a diferentes temperaturas y SOC, lo que amplía enormemente la temperatura de funcionamiento de las baterías de iones de litio.

Waterma

Waterma no es tan bueno últimamente, solo hablemos de tecnología. Waterma utiliza fosfato de hierro y litio con un tamaño de partícula más pequeño. En la actualidad, el fosfato de hierro y litio común en el mercado tiene un tamaño de partícula entre 300 y 600 nm, mientras que Waterma solo usa fosfato de hierro y litio de 100 a 300 nm, por lo que los iones de litio tendrán una velocidad de migración más rápida, mayor será la corriente. cargada y descargada. Para sistemas que no sean baterías, fortalecer el diseño de los sistemas de gestión térmica y la seguridad del sistema.

Micro poder

En los primeros días, Weihong Power eligió titanato de litio + carbono compuesto poroso con estructura de espinela que puede soportar una carga rápida y alta corriente como material de electrodo negativo; Con el fin de evitar la amenaza de la corriente de alta potencia a la seguridad de la batería durante la carga rápida, Weihong Power Combina electrolito no quemado, tecnología de diafragma de alta porosidad y alta permeabilidad y tecnología de fluido de control térmico inteligente STL, puede garantizar la seguridad de la batería cuando la batería se carga rápidamente.

En 2017, anunció una nueva generación de baterías de alta densidad de energía, que utilizan materiales de cátodo de manganato de litio de alta capacidad y alta potencia, con una densidad de energía única de 170wh / kg, y que logran una carga rápida de 15 minutos. El objetivo es tener en cuenta las cuestiones de vida y seguridad.

Zhuhai Yinlong

El ánodo de titanato de litio es conocido por su amplio rango de temperatura de funcionamiento y su gran tasa de carga y descarga. No hay datos claros sobre los métodos técnicos específicos. Hablando con el personal de la exposición, se dice que su carga rápida puede alcanzar los 10 ° C y la vida útil es de 20,000 veces.

El futuro de la tecnología de carga rápida

Ya sea que la tecnología de carga rápida de los vehículos eléctricos sea una dirección histórica o un fenómeno de corta duración, de hecho, ahora hay opiniones diferentes y no hay conclusión. Como método alternativo para resolver la ansiedad por el kilometraje, se considera en la misma plataforma con la densidad de energía de la batería y el costo total del vehículo.

Se puede decir que la densidad de energía y el rendimiento de carga rápida, en la misma batería, son dos direcciones incompatibles y no se pueden lograr al mismo tiempo. La búsqueda de la densidad de energía de la batería es actualmente la corriente principal. Cuando la densidad de energía es lo suficientemente alta y la capacidad de la batería de un vehículo es lo suficientemente grande como para evitar la llamada “ansiedad de autonomía”, la demanda de rendimiento de carga de la batería se reducirá; al mismo tiempo, si la energía de la batería es grande, si el costo de la batería por kilovatio-hora no es lo suficientemente bajo, ¿es necesario? La compra de electricidad de Ding Kemao que es suficiente para “no estar ansiosos” requiere que los consumidores tomen una decisión. Si lo piensa bien, la carga rápida tiene valor. Otro punto de vista es el costo de las instalaciones de carga rápida, que por supuesto es parte del costo de toda la sociedad para promover la electrificación.

Si la tecnología de carga rápida puede promoverse a gran escala, la densidad de energía y la tecnología de carga rápida que se desarrolla rápidamente, y las dos tecnologías que reducen los costos, pueden jugar un papel decisivo en su futuro.