Litij-ionske baterije nazivaju se baterijama tipa “ljuljačka”. Nabijeni ioni kreću se između pozitivne i negativne elektrode kako bi ostvarili prijenos naboja i opskrbu energijom vanjskim krugovima ili punjenjem iz vanjskog izvora napajanja.

Tijekom specifičnog procesa punjenja, vanjski napon se primjenjuje na dva pola baterije, a litijevi ioni se izvlače iz materijala pozitivne elektrode i ulaze u elektrolit. Istodobno, višak elektrona prolazi kroz pozitivni kolektor struje i prelazi na negativnu elektrodu kroz vanjski krug; litijevi ioni su u elektrolitu. Pomiče se od pozitivne elektrode do negativne elektrode, prolazeći kroz dijafragmu do negativne elektrode; SEI film koji prolazi kroz površinu negativne elektrode ugrađen je u grafitnu slojevitu strukturu negativne elektrode i kombinira se s elektronima.

Tijekom rada iona i elektrona, struktura baterije koja utječe na prijenos naboja, bilo elektrokemijski ili fizički, utjecat će na performanse brzog punjenja.

Zahtjevi brzog punjenja za sve dijelove baterije

Što se tiče baterija, ako želite poboljšati performanse snage, morate naporno raditi u svim aspektima baterije, uključujući pozitivnu elektrodu, negativnu elektrodu, elektrolit, separator i strukturni dizajn.

pozitivna elektroda

Zapravo, gotovo sve vrste katodnih materijala mogu se koristiti za izradu baterija koje se brzo pune. Važna svojstva koja se moraju jamčiti uključuju vodljivost (smanjenje unutarnjeg otpora), difuziju (osiguranje kinetike reakcije), vijek trajanja (ne objašnjavati) i sigurnost (ne objašnjavati), ispravan učinak obrade (specifična površina ne smije biti prevelika veliki kako bi se smanjile nuspojave i poslužile sigurnosti).

Naravno, problemi koje treba riješiti za svaki pojedini materijal mogu biti različiti, ali naši uobičajeni katodni materijali mogu zadovoljiti te zahtjeve kroz niz optimizacija, ali različiti materijali su također različiti:

A. Litij željezo fosfat može biti više usmjeren na rješavanje problema vodljivosti i niske temperature. Provođenje ugljičnog premaza, umjerena nanoizacija (imajte na umu da je umjerena, definitivno nije jednostavna logika da što je finije to bolje), te formiranje ionskih vodiča na površini čestica najtipičnije su strategije.

B. Sam ternarni materijal ima relativno dobru električnu vodljivost, ali je njegova reaktivnost previsoka, pa ternarni materijali rijetko izvode rad na nano-razmjeri (nano-izacija nije lijek poput lijeka za poboljšanje performansi materijala, posebno u polje baterija U Kini ponekad ima mnogo anti-uporaba), a više se pozornosti pridaje sigurnosti i suzbijanju nuspojava (s elektrolitom). Naposljetku, trenutni vijek trajanja trojnih materijala leži u sigurnosti, a nedavne su se nesreće vezane uz sigurnost baterija također često događale. Postavljajte veće zahtjeve.

C. Litijev manganat je važniji u smislu vijeka trajanja. Na tržištu postoje i mnoge baterije brzog punjenja na bazi litij-manganata.

negativna elektroda

Kada se litij-ionska baterija napuni, litij migrira na negativnu elektrodu. Prekomjerno visok potencijal uzrokovan brzim punjenjem i velikom strujom uzrokovati će negativniji potencijal negativne elektrode. U ovom trenutku će se povećati pritisak negativne elektrode da brzo prihvati litij, a povećat će se i tendencija stvaranja litijevih dendrita. Stoga negativna elektroda ne smije zadovoljiti samo difuziju litija tijekom brzog punjenja. Zahtjevi kinetike litij-ionske baterije također moraju riješiti sigurnosni problem uzrokovan povećanom sklonošću litijevih dendrita. Stoga je važna tehnička poteškoća jezgre brzog punjenja umetanje litijevih iona u negativnu elektrodu.

O. Trenutačno je još uvijek dominantan materijal negativnih elektroda na tržištu grafit (koji čini oko 90% tržišnog udjela). Temeljni razlog je jeftin, a sveobuhvatne performanse obrade i gustoća energije grafita su relativno dobre, s relativno malo nedostataka. . Naravno, postoje i problemi s grafitnom negativnom elektrodom. Površina je relativno osjetljiva na elektrolit, a reakcija interkalacije litija ima jaku usmjerenost. Stoga je važno naporno raditi na poboljšanju strukturne stabilnosti površine grafita i promicanju difuzije litijevih iona na podlogu. smjer.

B. Tvrdi ugljični i meki ugljični materijali također su doživjeli dosta razvoja posljednjih godina: tvrdi ugljični materijali imaju visok potencijal umetanja litija i imaju mikropore u materijalima, tako da je kinetika reakcije dobra; i meki ugljični materijali imaju dobru kompatibilnost s elektrolitom, MCMB Materijali su također vrlo reprezentativni, ali tvrdi i meki ugljični materijali su općenito niske učinkovitosti i visoke cijene (a zamislite da je grafit isto tako jeftin, bojim se da nije nada s industrijskog gledišta), tako da je trenutna potrošnja daleko manja od grafita, a više se koristi u nekim specijalitetima Na bateriji.

C. Što kažete na litijev titanat? Ukratko rečeno: prednosti litij-titanata su visoka gustoća snage, sigurnija i očiti nedostaci. Gustoća energije je vrlo niska, a trošak je visok kada se izračuna u Wh. Stoga je stajalište litij-titanatne baterije korisna tehnologija s prednostima u određenim prilikama, ali nije prikladna za mnoge prilike koje zahtijevaju visoke troškove i domet krstarenja.

D. Silikonski anodni materijali važan su smjer razvoja, a Panasonicova nova baterija 18650 započela je komercijalni proces takvih materijala. Međutim, još je izazovniji zadatak kako postići ravnotežu između težnje za nanometarskim performansama i općim zahtjevima na razini mikrona za materijale koji se odnose na industriju baterija.

Dijafragma

Što se tiče energetskih baterija, rad velike struje nameće veće zahtjeve za njihovu sigurnost i vijek trajanja. Tehnologija oblaganja dijafragme ne može se zaobići. Keramičke obložene dijafragme brzo se istiskuju zbog njihove visoke sigurnosti i sposobnosti trošenja nečistoća u elektrolitu. Posebno je značajan učinak poboljšanja sigurnosti trojnih baterija.

Najvažniji sustav koji se trenutno koristi za keramičke dijafragme je oblaganje čestica glinice na površini tradicionalnih dijafragmi. Relativno nova metoda je oblaganje čvrstih elektrolitnih vlakana na dijafragmi. Takve dijafragme imaju manji unutarnji otpor, a učinak mehaničke potpore dijafragmi povezanih s vlaknima je bolji. Izvrsno, i ima manju sklonost blokiranju pora dijafragme tijekom servisa.

Nakon premaza, dijafragma ima dobru stabilnost. Čak i ako je temperatura relativno visoka, nije se lako skupiti i deformirati te uzrokovati kratki spoj. Jiangsu Qingtao Energy Co., Ltd. uz tehničku podršku istraživačke grupe Nan Cewen Škole za materijale i materijale Sveučilišta Tsinghua ima predstavnika u tom pogledu. Radna, dijafragma je prikazana na donjoj slici.

elektrolita

Elektrolit ima veliki utjecaj na performanse litij-ionskih baterija koje se brzo pune. Kako bi se osigurala stabilnost i sigurnost baterije pri brzom punjenju i visokoj struji, elektrolit mora ispunjavati sljedeće karakteristike: A) ne može se razgraditi, B) visoka vodljivost i C) inertan je na pozitivne i negativne materijale. Reagirati ili otopiti.

Ako želite ispuniti ove zahtjeve, ključ je korištenje aditiva i funkcionalnih elektrolita. Primjerice, to uvelike utječe na sigurnost trojnih baterija brzog punjenja, te im je potrebno dodati razne aditive protiv visokih temperatura, otpornosti na plamen i prepunjavanje kako bi se u određenoj mjeri poboljšala njihova sigurnost. Stari i težak problem litij-titanatnih baterija, visokotemperaturni nadutost, također se mora popraviti visokotemperaturnim funkcionalnim elektrolitom.

Dizajn strukture baterije

Tipična strategija optimizacije je naslagani VS tip namota. Elektrode naslagane baterije ekvivalentne su paralelnom odnosu, a vrsta namota je ekvivalentna serijskoj vezi. Stoga je unutarnji otpor prvog znatno manji i prikladniji je za vrstu snage. prigodom.

Osim toga, mogu se uložiti napori na broj jezičaka kako bi se riješili problemi unutarnjeg otpora i odvođenja topline. Osim toga, korištenje materijala za elektrode visoke vodljivosti, korištenje više vodljivih sredstava i oblaganje tanjih elektroda također su strategije koje se mogu razmotriti.

Ukratko, čimbenici koji utječu na kretanje punjenja unutar baterije i brzinu umetanja rupa za elektrode utjecat će na sposobnost brzog punjenja litij-ionskih baterija.

Pregled puteva tehnologije brzog punjenja za glavne proizvođače

Ningde doba

Što se tiče pozitivne elektrode, CATL je razvio tehnologiju “super elektroničke mreže” koja čini da litij-željezni fosfat ima izvrsnu elektronsku vodljivost; na površini grafita negativne elektrode, tehnologija “brzog ionskog prstena” koristi se za modificiranje grafita, a modificirani grafit uzima u obzir i super brzo punjenje i visoku. Uz karakteristike gustoće energije, negativna elektroda više nema pretjerano proizvode tijekom brzog punjenja, tako da ima kapacitet brzog punjenja od 4-5C, ostvaruje 10-15 minuta brzog punjenja i punjenja, te može osigurati gustoću energije na razini sustava iznad 70wh/kg, postižući životni vijek od 10,000 ciklusa.

U smislu upravljanja toplinom, njegov sustav upravljanja toplinom u potpunosti prepoznaje “zdravi interval punjenja” fiksnog kemijskog sustava pri različitim temperaturama i SOC-ima, što uvelike proširuje radnu temperaturu litij-ionskih baterija.

Waterma

Waterma nije tako dobra u zadnje vrijeme, pričajmo samo o tehnologiji. Waterma koristi litij-željezni fosfat s manjom veličinom čestica. Trenutačno, uobičajeni litij-željezo-fosfat na tržištu ima veličinu čestica između 300 i 600 nm, dok Waterma koristi samo 100 do 300 nm litij-željeznog fosfata, tako da će litijevi ioni imati Bržu brzinu migracije, to je veća struja napunjen i ispražnjen. Za sustave osim baterija, ojačajte dizajn sustava upravljanja toplinom i sigurnost sustava.

Mikro Snaga

U ranim danima, Weihong Power je odabrao litij titanat + porozni kompozitni ugljik sa spinelnom strukturom koji može izdržati brzo punjenje i veliku struju kao materijal negativne elektrode; kako bi se spriječila opasnost od struje velike snage za sigurnost baterije tijekom brzog punjenja, Weihong Power Kombinirajući elektrolit koji ne gori, tehnologiju dijafragme visoke poroznosti i visoke propusnosti i tehnologiju inteligentne toplinske kontrolne tekućine STL, može osigurati sigurnost baterije kada se baterija brzo napuni.

U 2017. godini najavila je novu generaciju baterija visoke gustoće energije, koje koriste katodne materijale litij-manganata velikog kapaciteta i velike snage, s jednom gustoćom energije od 170wh/kg i postižući brzo punjenje od 15 minuta. Cilj je uzeti u obzir pitanja života i sigurnosti.

Zhuhai Yinlong

Litij-titanatna anoda poznata je po svom širokom rasponu radnih temperatura i velikoj brzini punjenja i pražnjenja. Nema jasnih podataka o konkretnim tehničkim metodama. U razgovoru s osobljem na izložbi, rečeno je da njegovo brzo punjenje može postići 10C, a životni vijek je 20,000 puta.

Budućnost tehnologije brzog punjenja

Je li tehnologija brzog punjenja električnih vozila povijesni smjer ili kratkotrajna pojava, zapravo, sada postoje različita mišljenja, a zaključka nema. Kao alternativna metoda za rješavanje anksioznosti prijeđenih kilometara, razmatra se na istoj platformi s gustoćom energije baterije i ukupnim troškom vozila.

Gustoća energije i performanse brzog punjenja, u istoj bateriji, mogu se reći da su dva nekompatibilna smjera i ne mogu se postići u isto vrijeme. Potraga za gustoćom energije baterije trenutno je glavna struja. Kada je gustoća energije dovoljno visoka, a kapacitet baterije vozila dovoljno velik da spriječi takozvanu „anksioznost dometa“, potražnja za performansama punjenja baterije će se smanjiti; u isto vrijeme, ako je snaga baterije velika, ako cijena baterije po kilovatsatu nije dovoljno niska, je li to onda potrebno? Ding Kemaoova kupnja električne energije koja je dovoljna da “ne bude zabrinuta” zahtijeva od potrošača da naprave izbor. Ako razmislite o tome, brzo punjenje ima vrijednost. Druga točka gledišta je trošak objekata za brzo punjenje, što je naravno dio troškova cijelog društva za promicanje elektrifikacije.

Može li se tehnologija brzog punjenja promovirati u velikim razmjerima, gustoća energije i tehnologija brzog punjenja koja se brzo razvija, te dvije tehnologije koje smanjuju troškove, mogu igrati odlučujuću ulogu u njezinoj budućnosti.