Liitiumioonakusid nimetatakse “kiiktooli tüüpi akudeks”. Laetud ioonid liiguvad positiivse ja negatiivse elektroodi vahel, et teostada laengu ülekandmist ja toidet välistele vooluahelatele või laadida välisest toiteallikast.

Konkreetse laadimisprotsessi käigus rakendatakse aku kahele poolusele väline pinge ja liitiumioonid eraldatakse positiivse elektroodi materjalist ja sisenevad elektrolüüti. Samal ajal läbivad liigsed elektronid positiivse voolukollektori ja liiguvad välise vooluahela kaudu negatiivsele elektroodile; liitiumioonid on elektrolüüdis. See liigub positiivselt elektroodilt negatiivsele elektroodile, läbides diafragma negatiivse elektroodi; negatiivse elektroodi pinda läbiv SEI-kile on sisestatud negatiivse elektroodi grafiidikihilisse struktuuri ja ühineb elektronidega.

Ioonide ja elektronide töötamise ajal mõjutab aku struktuur, mis mõjutab laengu ülekandmist, olgu see siis elektrokeemiline või füüsiline, kiirlaadimise jõudlust.

The requirements of fast charging for all parts of the battery

Akude osas, kui soovite parandada toitevõimsust, peate kõvasti tööd tegema aku kõigi aspektidega, sealhulgas positiivse elektroodi, negatiivse elektroodi, elektrolüüdi, eraldaja ja konstruktsiooni osas.

positiivne elektrood

Tegelikult saab kiirlaadivate akude valmistamiseks kasutada peaaegu igasuguseid katoodmaterjale. Tähtsad tagatavad omadused on juhtivus (sisetakistuse vähendamine), difusioon (reaktsiooni kineetika tagamine), eluiga (ärge selgitage) ja ohutus (ärge selgitage), nõuetekohane töötlemine (eripind ei tohiks olla liiga suur) kõrvalreaktsioonide vähendamiseks ja ohutuse tagamiseks).

Muidugi võivad iga konkreetse materjali puhul lahendatavad probleemid olla erinevad, kuid meie tavalised katoodmaterjalid vastavad nendele nõuetele läbi mitme optimeerimise, kuid erinevad materjalid on samuti erinevad:

A. Liitiumraudfosfaat võib olla rohkem keskendunud juhtivuse ja madala temperatuuri probleemide lahendamisele. Süsinikkatte läbiviimine, mõõdukas nanoseerimine (pange tähele, et see on mõõdukas, see pole kindlasti lihtne loogika, et mida peenem, seda parem) ja ioonjuhtide moodustamine osakeste pinnal on kõige tüüpilisemad strateegiad.

B. Kolmekomponentsel materjalil endal on suhteliselt hea elektrijuhtivus, kuid selle reaktsioonivõime on liiga kõrge, nii et kolmekomponentsete materjalidega tehakse nanomõõtmelisi töid harva (nano-iseerimine ei ole imerohulaadne vastumürk materjali jõudluse parandamiseks, eriti akude valdkond Hiinas on mõnikord palju kasutusvastaseid) ning rohkem tähelepanu pööratakse ohutusele ja kõrvalreaktsioonide mahasurumisele (elektrolüüdiga). Kolmekomponentsete materjalide praegune eluiga seisneb ju ohutuses ja sageli on juhtunud ka hiljutisi akuohutusega seotud õnnetusi. Esitage kõrgemad nõuded.

C. Liitiummanganaat on kasutusea seisukohalt olulisem. Samuti on turul palju liitiummanganaadil põhinevaid kiirlaadimisakusid.

negatiivne elektrood

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. Kõva süsiniku ja pehme süsiniku materjalid on samuti viimastel aastatel palju arenenud: kõva süsiniku materjalidel on kõrge liitiumi sisestamise potentsiaal ja materjalides on mikropoorid, seega on reaktsioonikineetika hea; ja pehme süsiniku materjalidel on hea ühilduvus elektrolüüdiga, MCMB Materjalid on ka väga esinduslikud, kuid kõva ja pehme süsiniku materjalid on üldiselt madala efektiivsusega ja kõrge hinnaga (ja kujutage ette, et grafiit on sama odav, ma kardan, et see pole nii tööstuslikust seisukohast lootusrikas), nii et voolutarve on palju väiksem kui grafiit ja seda kasutatakse rohkem mõnel erialal aku peal.

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. Ränianoodi materjalid on oluline arengusuund ja Panasonicu uus 18650 aku on alustanud selliste materjalide kaubanduslikku protsessi. Siiski on endiselt keerulisem ülesanne saavutada tasakaal nanomeetri jõudluse ja akutööstusega seotud materjalide üldiste mikronitaseme nõuete vahel.

Diafragma

Toitetüüpi akude puhul seab suure vooluga töötamine kõrgemad nõuded nende ohutusele ja elueale. Diafragma katmise tehnoloogiast ei saa mööda hiilida. Keraamilise kattega membraanid tõrjutakse kiiresti välja, kuna neil on suur ohutus ja võime tarbida elektrolüüdis olevaid lisandeid. Eelkõige on kolmekomponentsete patareide ohutuse parandamise mõju eriti oluline.

Kõige olulisem praegu keraamiliste membraanide puhul kasutatav süsteem on alumiiniumoksiidi osakeste katmine traditsiooniliste membraanide pinnal. Suhteliselt uudne meetod on tahkete elektrolüüdikiudude katmine membraanile. Sellistel membraanidel on väiksem sisetakistus ja kiududega seotud membraanide mehaaniline tugiefekt on parem. Suurepärane ja sellel on väiksem kalduvus ummistada hoolduse ajal diafragma poore.

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.

Elektrolüüdid

Elektrolüüdil on suur mõju kiirlaetavate liitium-ioonakude jõudlusele. Aku stabiilsuse ja ohutuse tagamiseks kiirlaadimise ja suure voolu korral peab elektrolüüt vastama järgmistele omadustele: A) ei saa laguneda, B) on kõrge juhtivusega ja C) on positiivsete ja negatiivsete materjalide suhtes inertne. Reageerige või lahustage.

Kui soovite neid nõudeid täita, on peamine kasutada lisaaineid ja funktsionaalseid elektrolüüte. Näiteks kolmekomponentsete kiirlaadimisakude ohutust mõjutab see suuresti ning nendele on vaja lisada erinevaid kõrge temperatuuri, leeki aeglustavaid ja ülelaadimisvastaseid lisandeid, et nende ohutust teatud määral parandada. Liitiumtitanaatpatareide vana ja keerulist probleemi, kõrge temperatuuriga gaaside tekkimist, tuleb samuti parandada kõrge temperatuuriga funktsionaalse elektrolüüdiga.

Aku struktuuri disain

Tüüpiline optimeerimisstrateegia on virnastatud VS-mähise tüüp. Virnastatud aku elektroodid on samaväärsed paralleelse suhtega ja mähise tüüp on samaväärne jadaühendusega. Seetõttu on esimese sisetakistus palju väiksem ja see sobib võimsustüübile paremini. juhtum.

Lisaks saab sisemise takistuse ja soojuse hajumise probleemide lahendamiseks teha jõupingutusi sakkide arvu osas. Lisaks võib kaaluda ka kõrge juhtivusega elektroodmaterjalide kasutamist, juhtivate ainete kasutamist ja õhemate elektroodide katmist.

Lühidalt öeldes mõjutavad tegurid, mis mõjutavad aku laengu liikumist ja elektroodi aukude sisestamise kiirust, liitiumioonakude kiiret laadimisvõimet.

Ülevaade tavatootjate kiirlaadimistehnoloogia teedest

Ningde era

Regarding the positive electrode, CATL developed the “super electronic network” technology, which makes lithium iron phosphate have excellent electronic conductivity; on the negative electrode graphite surface, the “fast ion ring” technology is used to modify the graphite, and the modified graphite takes into account both super fast charging and high With the characteristics of energy density, the negative electrode no longer has excessive by-products during fast charging, so that it has 4-5C fast charging capacity, realizing 10-15 minutes fast charging and charging, and can ensure the energy density of the system level above 70wh/kg, achieving 10,000 Cycle life.

Soojusjuhtimise osas tunneb selle soojusjuhtimissüsteem täielikult ära fikseeritud keemilise süsteemi “tervisliku laadimisintervalli” erinevatel temperatuuridel ja SOC-del, mis suurendab oluliselt liitiumioonakude töötemperatuuri.

Waterma

Waterma is not so good lately, let’s just talk about technology. Waterma uses lithium iron phosphate with a smaller particle size. At present, the common lithium iron phosphate on the market has a particle size between 300 and 600 nm, while Waterma only uses 100 to 300 nm lithium iron phosphate, so lithium ions will have The faster the migration speed, the larger the current can be charged and discharged. For systems other than batteries, strengthen the design of thermal management systems and system safety.

Mikroenergia

Algusaegadel valis Weihong Power negatiivse elektroodi materjaliks liitiumtitanaadi + spinellstruktuuriga poorse komposiitsüsi, mis talub kiiret laadimist ja suurt voolu; Et vältida suure võimsusega voolu ohtu aku ohutusele kiire laadimise ajal, võib Weihong Power, mis ühendab mittepõleva elektrolüüdi, suure poorsusega ja suure läbilaskvusega membraanitehnoloogia ning STL-i intelligentse termokontrollivedeliku tehnoloogia, tagada aku ohutuse kui aku on kiiresti laetud.

2017. aastal kuulutas ta välja uue põlvkonna suure energiatihedusega akusid, mis kasutavad suure võimsusega ja suure võimsusega liitiummanganaadi katoodmaterjale, mille energiatihedus on 170 Wh/kg ja millega saavutatakse 15-minutiline kiirlaadimine. Eesmärk on arvestada elu- ja ohutusküsimustega.

Zhuhai Yinlong

Liitiumtitanaadi anood on tuntud oma laia töötemperatuurivahemiku ja suure laadimis-tühjenemiskiiruse poolest. Puuduvad selged andmed konkreetsete tehniliste meetodite kohta. Näitusel töötajatega vesteldes öeldakse, et selle kiirlaadimisega on võimalik saavutada 10C ja eluiga 20,000 XNUMX korda.

Kiirlaadimistehnoloogia tulevik

Kas elektrisõidukite kiirlaadimistehnoloogia on ajalooline suund või lühiajaline nähtus, on tegelikult praegu erinevaid arvamusi ja järeldust pole. Alternatiivse meetodina läbisõiduärevuse lahendamiseks peetakse seda samal platvormil aku energiatiheduse ja sõiduki kogumaksumusega.

Energy density and fast charge performance, in the same battery, can be said to be two incompatible directions and cannot be achieved at the same time. The pursuit of battery energy density is currently the mainstream. When the energy density is high enough and the battery capacity of a vehicle is large enough to prevent the so-called “range anxiety”, the demand for battery rate charging performance will be reduced; at the same time, if the battery power is large, if the battery cost per kilowatt-hour is not low enough, then is it necessary? Ding Kemao’s purchase of electricity that is sufficient for “not anxious” requires consumers to make a choice. If you think about it, fast charging has value. Another point of view is the cost of fast charging facilities, which of course is part of the cost of the entire society to promote electrification.

Kas kiirlaadimistehnoloogiat saab laialdaselt edendada, võib selle tulevikus otsustavat rolli mängida kiiresti arenev energiatiheduse ja kiirlaadimise tehnoloogia ning kaks kulusid kokku hoidvat tehnoloogiat.