Litiumioniakkuja kutsutaan “keinutuolityyppisiksi” akuiksi. Varautuneet ionit liikkuvat positiivisen ja negatiivisen elektrodin välillä toteuttaakseen varauksen siirron ja syöttääkseen virtaa ulkoisiin piireihin tai varatakseen ulkoisesta virtalähteestä.

Tietyn latausprosessin aikana ulkoinen jännite syötetään akun kahteen napaan, ja litiumionit uutetaan positiivisen elektrodin materiaalista ja tulevat elektrolyyttiin. Samaan aikaan ylimääräiset elektronit kulkevat positiivisen virran kerääjän läpi ja siirtyvät negatiiviselle elektrodille ulkoisen piirin kautta; litiumionit ovat elektrolyytissä. Se siirtyy positiiviselta elektrodilta negatiiviselle elektrodille ja kulkee kalvon läpi negatiiviseen elektrodiin; negatiivisen elektrodin pinnan läpi kulkeva SEI-kalvo on upotettu negatiivisen elektrodin grafiittikerroksiseen rakenteeseen ja yhdistyy elektronien kanssa.

Koko ionien ja elektronien toiminnan ajan akun rakenne, joka vaikuttaa varauksen siirtoon, olipa se sähkökemiallinen tai fyysinen, vaikuttaa nopeaan lataukseen.

Pikalatausvaatimukset kaikille akun osille

Akkujen osalta, jos haluat parantaa tehoa, sinun on työskenneltävä lujasti akun kaikissa osissa, mukaan lukien positiivinen elektrodi, negatiivinen elektrodi, elektrolyytti, erotin ja rakennesuunnittelu.

positiivinen elektrodi

Itse asiassa lähes kaikenlaisia ​​katodimateriaaleja voidaan käyttää pikalatausakkujen valmistukseen. Tärkeitä taattavia ominaisuuksia ovat johtavuus (pienennä sisäistä vastusta), diffuusio (varmistaa reaktion kinetiikka), käyttöikä (älä selitä) ja turvallisuus (älä selitä), asianmukainen prosessointikyky (ominaispinta-ala ei saa olla liian suuri) suuri sivureaktioiden vähentämiseksi ja turvallisuuden takaamiseksi).

Tietenkin kunkin materiaalin osalta ratkaistavat ongelmat voivat olla erilaisia, mutta yleiset katodimateriaalimme voivat täyttää nämä vaatimukset useiden optimointien avulla, mutta erilaiset materiaalit ovat myös erilaisia:

A. Litiumrautafosfaatti voi keskittyä enemmän johtavuuden ja alhaisen lämpötilan ongelmien ratkaisemiseen. Hiilipinnoitus, maltillinen nanosointi (huomaa, että se on kohtalainen, ei todellakaan ole yksinkertainen logiikka, että mitä hienompi sen parempi), ja ionijohtimien muodostuminen hiukkasten pinnalle ovat tyypillisimpiä strategioita.

B. Itse kolmikomponenttisella materiaalilla on suhteellisen hyvä sähkönjohtavuus, mutta sen reaktiivisuus on liian korkea, joten kolmikomponenttiset materiaalit tekevät harvoin nanomittakaavan työtä (nanoisaatio ei ole ihmelääke materiaalin suorituskyvyn parantamiselle, varsinkin akkujen kenttä Kiinassa on toisinaan monia käytön estoja), ja turvallisuuteen ja sivureaktioiden estämiseen kiinnitetään enemmän huomiota (elektrolyytillä). Kolmikomponenttisten materiaalien nykyinen käyttöikä on kuitenkin turvassa, ja viime aikoina on myös sattunut usein akkuturvallisuusonnettomuuksia. Aseta korkeammat vaatimukset.

C. Litiummanganaatti on tärkeämpi käyttöiän kannalta. Markkinoilla on myös monia litiummanganaattipohjaisia ​​pikalatausakkuja.

negatiivinen elektrodi

Kun litiumioniakkua ladataan, litium siirtyy negatiiviselle elektrodille. Nopean latauksen ja suuren virran aiheuttama liian suuri potentiaali saa negatiivisen elektrodin potentiaalin olemaan negatiivisempi. Tällä hetkellä negatiivisen elektrodin paine litiumin nopeasti vastaanottamiseksi kasvaa, ja taipumus tuottaa litiumdendriittejä kasvaa. Siksi negatiivisen elektrodin ei tarvitse tyydyttää vain litiumin diffuusiota pikalatauksen aikana. Litiumioniakun kinetiikkavaatimusten tulee ratkaista myös litiumdendriittien lisääntyneen taipumuksen aiheuttama turvallisuusongelma. Siksi nopean latausytimen tärkeä tekninen vaikeus on litiumionien lisääminen negatiiviseen elektrodiin.

V. Tällä hetkellä hallitseva negatiivinen elektrodimateriaali markkinoilla on edelleen grafiitti (noin 90 % markkinaosuudesta). Perimmäinen syy on halpa, ja grafiitin kokonaisvaltainen prosessointikyky ja energiatiheys ovat suhteellisen hyvät, ja niissä on suhteellisen vähän puutteita. . Tietysti myös negatiivisen grafiittielektrodin kanssa on ongelmia. Pinta on suhteellisen herkkä elektrolyytille, ja litiumin interkalaatioreaktiolla on voimakas suuntaus. Siksi on tärkeää työskennellä lujasti parantaakseen grafiittipinnan rakenteellista vakautta ja edistääkseen litiumionien diffuusiota alustalle. suunta.

B. Myös kovahiili- ja pehmeähiilimateriaalit ovat kehittyneet paljon viime vuosina: kovilla hiilimateriaaleilla on korkea litiumin lisäyspotentiaali ja materiaaleissa on mikrohuokosia, joten reaktiokinetiikka on hyvä; ja pehmeät hiilimateriaalit ovat hyvin yhteensopivia elektrolyytin, MCMB:n kanssa Materiaalit ovat myös erittäin edustavia, mutta kovat ja pehmeät hiilimateriaalit ovat yleensä alhaisia ​​​​tehokkuutta ja korkeat kustannukset (ja kuvittele, että grafiitti on yhtä halpaa, pelkään, että se ei ole toiveikas teollisuuden näkökulmasta), joten virrankulutus on paljon pienempi kuin grafiitti, ja sitä käytetään enemmän joissakin erikoisuuksissa.

C. Entä litiumtitanaatti? Lyhyesti sanottuna: litiumtitanaatin edut ovat korkea tehotiheys, turvallisempi ja ilmeiset haitat. Energiatiheys on erittäin alhainen ja kustannukset korkeat Wh:lla laskettuna. Siksi litiumtitanaattiakun näkökulmasta on hyödyllinen tekniikka, jolla on etuja tietyissä tilanteissa, mutta se ei sovellu moniin tilanteisiin, jotka vaativat korkeita kustannuksia ja matkamatkaa.

D. Pii-anodimateriaalit ovat tärkeä kehityssuunta, ja Panasonicin uusi 18650-akku on aloittanut tällaisten materiaalien kaupallisen prosessin. Kuitenkin, kuinka saavuttaa tasapaino nanometrin suorituskyvyn tavoittelun ja akkuteollisuuteen liittyvien materiaalien yleisten mikronitason vaatimusten välillä, on edelleen haastavampi tehtävä.

Pallea

Tehotyyppisten akkujen osalta suurvirtakäyttö asettaa korkeampia vaatimuksia niiden turvallisuudelle ja käyttöikään. Kalvopinnoitustekniikkaa ei voida kiertää. Keraamipinnoitettuja kalvoja työnnetään nopeasti ulos niiden korkean turvallisuuden ja kyvyn kuluttaa elektrolyytissä olevia epäpuhtauksia vuoksi. Erityisesti kolmiosaisten paristojen turvallisuutta parantava vaikutus on erityisen merkittävä.

Tärkein keraamisissa kalvoissa tällä hetkellä käytetty järjestelmä on alumiinioksidihiukkasten päällystäminen perinteisten kalvojen pinnalle. Suhteellisen uusi menetelmä on pinnoittaa kiinteitä elektrolyyttikuituja kalvolle. Tällaisilla kalvoilla on pienempi sisäinen vastus, ja kuituihin liittyvien kalvojen mekaaninen tukivaikutus on parempi. Erinomainen, ja sillä on pienempi taipumus tukkia kalvon huokoset huollon aikana.

Päällystyksen jälkeen kalvolla on hyvä vakaus. Vaikka lämpötila on suhteellisen korkea, se ei ole helppoa kutistua ja vääntyä ja aiheuttaa oikosulun. Jiangsu Qingtao Energy Co., Ltd.:llä on Tsinghuan yliopiston materiaali- ja materiaalikoulun Nan Cewen -tutkimusryhmän teknisen tuen tukema edustaja tässä suhteessa. Toimiva kalvo näkyy alla olevassa kuvassa.

elektrolyytti

Elektrolyytillä on suuri vaikutus nopeasti latautuvien litiumioniakkujen suorituskykyyn. Akun vakauden ja turvallisuuden varmistamiseksi nopealla latauksella ja suurella virralla elektrolyytin on täytettävä seuraavat ominaisuudet: A) ei voi hajota, B) korkea johtavuus ja C) on inertti positiivisille ja negatiivisille materiaaleille. Reagoi tai liukene.

Jos haluat täyttää nämä vaatimukset, tärkeintä on käyttää lisäaineita ja toiminnallisia elektrolyyttejä. Esimerkiksi kolmiosaisten pikalatausakkujen turvallisuuteen se vaikuttaa suuresti, ja niihin on lisättävä erilaisia ​​korkeita lämpötiloja, paloa hidastavia ja ylilatausta estäviä lisäaineita turvallisuuden parantamiseksi jossain määrin. Litiumtitanaattiakkujen vanhaa ja vaikeaa ongelmaa, korkean lämpötilan ilmavaivoja, on myös parannettava korkean lämpötilan toiminnallisella elektrolyytillä.

Akun rakenteen suunnittelu

Tyypillinen optimointistrategia on pinottu VS-käämitystyyppi. Pinotun akun elektrodit vastaavat rinnakkaissuhdetta ja käämitystyyppi vastaa sarjaliitäntää. Siksi edellisen sisäinen vastus on paljon pienempi ja se sopii paremmin tehotyypille. tilaisuus.

Lisäksi voidaan ponnistella välilehtien lukumäärän suhteen sisäisen vastuksen ja lämmön haihtumisen ongelmien ratkaisemiseksi. Lisäksi korkean johtavuuden elektrodimateriaalien käyttö, enemmän johtavien aineiden käyttö ja ohuempien elektrodien päällystäminen ovat myös strategioita, joita voidaan harkita.

Lyhyesti sanottuna tekijät, jotka vaikuttavat latausliikkeeseen akun sisällä ja elektrodien reikien asettamiseen, vaikuttavat litiumioniakkujen nopeaan latauskykyyn.

Yleiskatsaus nopean latausteknologian reitteihin valtavirran valmistajille

Ningden aikakausi

Mitä tulee positiiviseen elektrodiin, CATL kehitti “super electronic network” -tekniikan, joka tekee litiumrautafosfaatista erinomaisen sähkönjohtavuuden; negatiivisen elektrodin grafiittipinnalla “fast ion ring” -tekniikkaa käytetään grafiitin muokkaamiseen, ja modifioitu grafiitti ottaa huomioon sekä supernopean latauksen että korkean Energiatiheyden ominaisuuksien ansiosta negatiivisella elektrodilla ei enää ole liiallista tuotteita pikalatauksen aikana, jotta sillä on 4-5C pikalatauskapasiteetti, joka mahdollistaa 10-15 minuutin nopean latauksen ja latauksen ja voi varmistaa järjestelmän energiatiheyden yli 70wh/kg saavuttaen 10,000 XNUMX syklin käyttöiän.

Lämmönhallinnan kannalta sen lämmönhallintajärjestelmä tunnistaa täysin kiinteän kemiallisen järjestelmän “terveellisen latausvälin” eri lämpötiloissa ja SOC:issa, mikä laajentaa huomattavasti litiumioniakkujen käyttölämpötilaa.

Waterma

Waterma ei ole niin hyvä viime aikoina, puhutaanpa vain tekniikasta. Waterma käyttää litiumrautafosfaattia, jonka hiukkaskoko on pienempi. Tällä hetkellä markkinoilla olevan tavallisen litiumrautafosfaatin hiukkaskoko on 300-600 nm, kun taas Waterma käyttää vain 100-300 nm litiumrautafosfaattia, joten litiumioneilla on Mitä nopeampi migraationopeus, sitä suurempi virta voi olla ladattu ja purettu. Muiden järjestelmien kuin akkujen osalta tehosta lämmönhallintajärjestelmien suunnittelua ja järjestelmän turvallisuutta.

Mikrovoima

Alkuaikoina Weihong Power valitsi negatiivisen elektrodin materiaaliksi litiumtitanaatin + huokoisen komposiittihiilen spinellirakenteella, joka kestää nopean latauksen ja suuren virran; estääkseen suuren tehovirran uhan akun turvallisuudelle nopean latauksen aikana, Weihong Power Yhdistämällä palamattoman elektrolyytin, korkeahuokoisen ja läpäisevän kalvotekniikan ja STL-älykkään lämmönsäätönesteteknologian, se voi varmistaa akun turvallisuuden. kun akku latautuu nopeasti.

Vuonna 2017 se julkisti uuden sukupolven korkean energiatiheyden akkuja, jotka käyttävät suurikapasiteettisia ja tehokkaita litiummanganaattikatodimateriaaleja, joiden yksi energiatiheys on 170 Wh/kg ja jotka mahdollistavat 15 minuutin pikalatauksen. Tavoitteena on ottaa huomioon henki- ja turvallisuusasiat.

Zhuhai Yinlong

Litiumtitanaattianodi tunnetaan laajasta käyttölämpötila-alueestaan ​​ja suuresta lataus-purkausnopeudestaan. Tietyistä teknisistä menetelmistä ei ole selkeitä tietoja. Näyttelyn henkilökunnan kanssa puhuttaessa sanotaan, että sen pikalataus voi saavuttaa 10C ja käyttöikä on 20,000 XNUMX-kertainen.

Pikalataustekniikan tulevaisuus

Onko sähköajoneuvojen pikalataustekniikka historiallinen suunta vai lyhytikäinen ilmiö, itse asiassa nyt ollaan erilaisia ​​mielipiteitä, eikä niistä ole johtopäätöstä. Vaihtoehtoisena menetelmänä mittarilukema-ahdistuksen ratkaisemiseksi sitä harkitaan samalla alustalla akun energiatiheyden ja ajoneuvon kokonaiskustannusten kanssa.

Energiatiheys ja nopea lataussuorituskyky samassa akussa voidaan sanoa olevan kaksi yhteensopimatonta suuntaa, eikä niitä voida saavuttaa samanaikaisesti. Akun energiatiheyden tavoittelu on tällä hetkellä valtavirtaa. Kun energiatiheys on riittävän korkea ja ajoneuvon akun kapasiteetti on riittävän suuri estämään niin sanotun “etäisyyden ahdistuksen”, akun lataussuorituskyvyn tarve vähenee; samaan aikaan, jos akun teho on suuri, jos akun hinta kilowattitunnilta ei ole tarpeeksi alhainen, niin onko se tarpeellista? Ding Kemaon ”ei-levottomille” riittävä sähkönosto vaatii kuluttajilta valinnan tekemistä. Jos ajattelet sitä, nopealla latauksella on arvoa. Toinen näkökulma on pikalatausmahdollisuuksien hinta, joka on tietysti osa koko yhteiskunnan sähköistyksen edistämiskustannuksia.

Voiko pikalataustekniikkaa edistää suuressa mittakaavassa, nopeasti kehittyvä energiatiheys- ja pikalatausteknologia sekä kaksi kustannuksia alentavaa tekniikkaa voivat olla ratkaisevassa roolissa sen tulevaisuudessa.