A lítium-ion akkumulátorokat „hintaszék típusú” akkumulátoroknak nevezik. A feltöltött ionok a pozitív és a negatív elektródák között mozognak, hogy megvalósítsák a töltésátvitelt és a külső áramkörök tápellátását, vagy külső áramforrásról történő töltést.

Az adott töltési folyamat során az akkumulátor két pólusára külső feszültség kerül, a pozitív elektród anyagából kivonva a lítium-ionok az elektrolitba jutnak. Ugyanakkor a felesleges elektronok áthaladnak a pozitív áramkollektoron, és a külső áramkörön keresztül a negatív elektródához jutnak; a lítium ionok az elektrolitban vannak. A pozitív elektródáról a negatív elektródára mozog, áthaladva a membránon a negatív elektródára; a negatív elektróda felületén áthaladó SEI film a negatív elektróda grafitrétegű szerkezetébe ágyazódik és elektronokkal egyesül.

Az ionok és elektronok működése során az akkumulátor szerkezete, amely befolyásolja a töltésátvitelt, legyen az elektrokémiai vagy fizikai, befolyásolja a gyorstöltési teljesítményt.

A gyorstöltés követelményei az akkumulátor minden részére

Ami az akkumulátorokat illeti, ha javítani akarja az energiateljesítményt, keményen kell dolgoznia az akkumulátor minden vonatkozásában, beleértve a pozitív elektródát, a negatív elektródát, az elektrolitot, az elválasztót és a szerkezeti kialakítást.

pozitív elektróda

Valójában szinte mindenféle katódanyagból gyorsan tölthető akkumulátorok készíthetők. A fontos garantálandó tulajdonságok közé tartozik a vezetőképesség (a belső ellenállás csökkentése), a diffúzió (a reakciókinetika biztosítása), az élettartam (ne magyarázza) és a biztonság (ne magyarázza), a megfelelő feldolgozási teljesítmény (a fajlagos felület ne legyen túl nagy) nagy a mellékreakciók csökkentése és a biztonság szolgálatában).

Természetesen az egyes anyagoknál eltérőek lehetnek a megoldandó problémák, de elterjedt katódanyagaink egy sor optimalizálással megfelelnek ezeknek a követelményeknek, de a különböző anyagok is eltérőek:

V. A lítium-vas-foszfát jobban összpontosíthat a vezetőképesség és az alacsony hőmérséklet problémáinak megoldására. A legjellemzőbb stratégia a szénbevonat kivitelezése, a mérsékelt nanoizálás (megjegyzendő, hogy mérsékelt, biztosan nem egyszerű logika, hogy minél finomabb, annál jobb), és ionvezetők kialakítása a részecskék felületén.

B. Maga a háromkomponensű anyag viszonylag jó elektromos vezetőképességgel rendelkezik, de reakcióképessége túl magas, ezért a terner anyagok ritkán végeznek nanoméretű munkát (a nano-ozás nem csodaszerszerű ellenszere az anyagteljesítmény javításának, különösen a akkumulátorok területe Kínában időnként sok használatellenes), nagyobb figyelmet fordítanak a biztonságra és a mellékreakciók elnyomására (elektrolittal). Hiszen a háromkomponensű anyagok jelenlegi élettartama a biztonságban rejlik, és a közelmúltban gyakran történtek akkumulátorbiztonsági balesetek is. Magasabb követelményeket támaszt.

C. A lítium-manganát fontosabb az élettartam szempontjából. Számos lítium-manganát alapú gyorstöltő akkumulátor is található a piacon.

negatív elektróda

A lítium-ion akkumulátor feltöltésekor a lítium a negatív elektródára vándorol. A gyors töltés és a nagy áram okozta túlzottan magas potenciál miatt a negatív elektródpotenciál negatívabb lesz. Ekkor a negatív elektróda nyomása a lítium gyors befogadására megnő, és a lítium-dendritek képződésére való hajlam nő. Ezért a negatív elektródának nem csak a lítium diffúzióját kell kielégítenie a gyorstöltés során. A lítium-ion akkumulátor kinetikai követelményeinek a lítium-dendritek fokozott hajlamából adódó biztonsági problémát is meg kell oldani. Ezért a gyorstöltő mag fontos technikai nehézsége a lítium-ionok beillesztése a negatív elektródába.

V. Jelenleg a piacon a domináns negatív elektródaanyag még mindig a grafit (a piaci részesedés körülbelül 90%-át teszi ki). Ennek alapvető oka az olcsóság, és a grafit átfogó feldolgozási teljesítménye és energiasűrűsége viszonylag jó, viszonylag kevés hiányossággal. . Természetesen a grafit negatív elektródával is vannak problémák. A felület viszonylag érzékeny az elektrolitra, és a lítium interkalációs reakciója erős irányultságú. Ezért fontos, hogy keményen dolgozzunk a grafitfelület szerkezeti stabilitásának javításán, és elősegítsük a lítium-ionok diffúzióját a hordozón. irány.

B. A keményszén és a lágyszén anyagok is sokat fejlődtek az elmúlt években: a keményszén anyagok nagy lítium-beillesztési potenciállal rendelkeznek, és mikropórusokat tartalmaznak az anyagokban, így a reakciókinetika jó; a lágyszén anyagok pedig jól kompatibilisek elektrolittal, MCMB Az anyagok is nagyon reprezentatívak, de a kemény és lágy karbon anyagok általában alacsony hatékonyságúak és magasak (és képzeld el, hogy a grafit ugyanolyan olcsó, attól tartok, hogy nem ipari szempontból reményteljes), így az áramfelvétel jóval kisebb, mint a grafit, és egyes specialitásoknál többet használnak Az akkumulátoron.

C. Mi a helyzet a lítium-titanáttal? Röviden: a lítium-titanát előnyei a nagy teljesítménysűrűség, biztonságosabb és nyilvánvaló hátrányok. Az energiasűrűség nagyon alacsony, és a költségek magasak Wh-val számolva. Ezért a lítium-titanát akkumulátor egy hasznos technológia, amely bizonyos esetekben előnyös, de nem sok olyan alkalomra alkalmas, amely magas költséget és hatótávolságot igényel.

D. A szilícium anód anyagok fontos fejlesztési irányt jelentenek, és a Panasonic új 18650-es akkumulátora elindította az ilyen anyagok kereskedelmi folyamatát. Az azonban még mindig nagyobb kihívást jelent, hogyan lehet egyensúlyt elérni a nanométeres teljesítményre való törekvés és az akkumulátoriparhoz kapcsolódó anyagok általános mikronszintű követelményei között.

Rekeszizom

A teljesítmény típusú akkumulátorok esetében a nagyáramú működés magasabb követelményeket támaszt a biztonságukkal és élettartamukkal szemben. A membránbevonat technológiája nem kerülhető meg. A kerámia bevonatú membránok gyorsan kiszorulnak nagy biztonságuk és az elektrolitban lévő szennyeződések felszívódásának köszönhetően. Különösen a háromkomponensű akkumulátorok biztonságát javító hatás különösen jelentős.

A kerámia membránokhoz jelenleg használt legfontosabb rendszer az alumínium-oxid részecskék bevonása a hagyományos membránok felületére. Egy viszonylag új módszer a szilárd elektrolitszálak bevonása a membránra. Az ilyen membránok belső ellenállása kisebb, és a szálakkal kapcsolatos membránok mechanikai támasztó hatása jobb. Kiváló, és kevésbé hajlamos elzárni a membrán pórusait szervizelés közben.

Bevonás után a membrán jó stabilitású. Még ha a hőmérséklet viszonylag magas is, nem könnyű összezsugorodni, deformálódni és rövidzárlatot okozni. A Jiangsu Qingtao Energy Co., Ltd. a Tsinghua Egyetem Anyagok és Anyagok Iskolájának Nan Cewen kutatócsoportja technikai támogatásával rendelkezik néhány képviselővel ebben a tekintetben. Működés közben a membrán az alábbi ábrán látható.

elektrolit

Az elektrolit nagy hatással van a gyorsan tölthető lítium-ion akkumulátorok teljesítményére. Az akkumulátor stabilitásának és biztonságának biztosítása érdekében gyorstöltés és nagy áram mellett az elektrolitnak meg kell felelnie a következő jellemzőknek: A) nem bomlik le, B) nagy vezetőképességű, és C) közömbös a pozitív és negatív anyagokkal szemben. Reagáljon vagy oldjon fel.

Ha meg kíván felelni ezeknek a követelményeknek, a kulcs az adalékanyagok és a funkcionális elektrolitok használata. Például a háromkomponensű gyorstöltő akkumulátorok biztonságát nagymértékben befolyásolja, és ezekhez különböző magas hőmérsékletet gátló, égésgátló és túltöltés elleni adalékokat kell hozzáadni, hogy bizonyos mértékig javítsák a biztonságot. A lítium-titanát akkumulátorok régi és nehéz problémáját, a magas hőmérsékletű puffadást szintén javítani kell magas hőmérsékletű funkcionális elektrolittal.

Akkumulátor szerkezet kialakítása

Tipikus optimalizálási stratégia a halmozott VS tekercselés. Az egymásra helyezett akkumulátor elektródái egyenértékűek a párhuzamos kapcsolattal, a tekercselés típusa pedig a soros csatlakozással. Ezért az előbbi belső ellenállása sokkal kisebb, és jobban megfelel az adott teljesítménytípusnak. alkalom.

Ezen túlmenően a fülek számának növelésére lehet törekedni a belső ellenállás és a hőleadás problémáinak megoldására. Ezen túlmenően a nagy vezetőképességű elektródaanyagok használata, több vezető anyag használata és a vékonyabb elektródák bevonása szintén megfontolandó stratégia.

Röviden, azok a tényezők, amelyek befolyásolják az akkumulátoron belüli töltési mozgást és az elektródalyukak behelyezésének sebességét, befolyásolják a lítium-ion akkumulátorok gyors töltési képességét.

A gyorstöltési technológiai útvonalak áttekintése a főbb gyártók számára

Ningde korszak

Ami a pozitív elektródát illeti, a CATL kifejlesztette a „szuper electronic network” technológiát, amely a lítium-vas-foszfát kiváló elektronikus vezetőképességét teszi lehetővé; a negatív elektród grafit felületén a „gyors iongyűrű” technológiát alkalmazzák a grafit módosítására, és a módosított grafit egyaránt figyelembe veszi a szupergyors töltést és a nagy energiasűrűség jellemzőit, a negatív elektródának már nincs túlzott mellékhatása. termékek a gyorstöltés során, hogy 4-5C gyorstöltési kapacitással rendelkezzen, 10-15 perces gyorstöltést és töltést valósítson meg, és 70wh/kg feletti rendszerszintű energiasűrűséget biztosítson, 10,000 XNUMX ciklus élettartamot elérve.

A hőszabályozás szempontjából a hőszabályozási rendszere teljes mértékben felismeri a rögzített vegyi rendszer „egészséges töltési intervallumát” különböző hőmérsékleteken és SOC-okon, ami nagymértékben kiszélesíti a lítium-ion akkumulátorok üzemi hőmérsékletét.

Waterma

A Waterma mostanában nem olyan jó, beszéljünk csak a technikáról. A Waterma kisebb részecskeméretű lítium-vas-foszfátot használ. Jelenleg a piacon kapható közönséges lítium-vas-foszfát részecskemérete 300 és 600 nm között van, míg a Waterma csak 100-300 nm-es lítium-vas-foszfátot használ, így a lítium-ionok minél gyorsabban haladnak, annál nagyobb az áramerősség. feltöltött és lemerült. Az akkumulátoroktól eltérő rendszerek esetében erősítse meg a hőkezelési rendszerek tervezését és a rendszerbiztonságot.

Mikro teljesítmény

A kezdeti időkben a Weihong Power a lítium-titanátot + porózus, spinel szerkezetű kompozit szenet választotta, amely ellenáll a gyors töltésnek és a nagy áramerősségnek negatív elektróda anyagaként; Annak érdekében, hogy megakadályozza a nagy teljesítményű áramerősség veszélyét az akkumulátor biztonságára a gyors töltés során, a Weihong Power kombinálja a nem égő elektrolitot, a nagy porozitású és nagy áteresztőképességű membrántechnológiát és az STL intelligens hőszabályozó folyadéktechnológiát, amely biztosítja az akkumulátor biztonságát amikor az akkumulátor gyorsan feltöltődik.

2017-ben bejelentette a nagy energiasűrűségű akkumulátorok új generációját, amelyek nagy kapacitású és nagy teljesítményű lítium-manganát katód anyagokat használnak, egyetlen energiasűrűséggel 170 Wh/kg, és 15 perces gyorstöltést tesznek lehetővé. A cél az élettel és a biztonsággal kapcsolatos kérdések figyelembe vétele.

Zhuhai Yinlong

A lítium-titanát anód széles üzemi hőmérséklet-tartományáról és nagy töltési-kisülési sebességéről ismert. A konkrét technikai módszerekről nincsenek egyértelmű adatok. A kiállításon a munkatársakkal beszélgetve elmondható, hogy a gyorstöltés akár 10 C-ot is elérhet, élettartama pedig 20,000 XNUMX-szeres.

A gyorstöltési technológia jövője

Hogy az elektromos járművek gyorstöltési technológiája történelmi irány, vagy rövid életű jelenség, valójában ma már eltérőek a vélemények, és nincs következtetés. A futásteljesítmény-szorongás megoldásának alternatív módszereként ugyanazon a platformon veszik figyelembe az akkumulátor energiasűrűségével és a jármű összköltségével.

Az energiasűrűség és a gyorstöltési teljesítmény, ugyanabban az akkumulátorban, két összeférhetetlen iránynak mondható, és nem érhető el egyszerre. Az akkumulátor energiasűrűségére való törekvés jelenleg a fősodor. Ha az energiasűrűség elég magas, és a jármű akkumulátorkapacitása elég nagy ahhoz, hogy megakadályozza az úgynevezett „távolság-szorongást”, akkor csökken az akkumulátor-töltési teljesítmény iránti igény; ugyanakkor ha nagy az akku, ha nem elég alacsony a kilowattóránkénti akkumulátorköltség, akkor kell? Ding Kemao elektromos áram vásárlása, amely elegendő a „nem aggódó” számára, megköveteli a fogyasztóktól, hogy döntsenek. Ha belegondolunk, a gyorstöltésnek van értéke. Egy másik szempont a gyorstöltés költségei, ami természetesen az egész társadalom villamosítási költségeinek részét képezi.

Hogy a gyorstöltési technológia széles körben népszerűsíthető-e, annak jövőjében meghatározó szerepe lehet a gyorsan fejlődő energiasűrűségi és gyorstöltési technológia, valamint a két költségcsökkentő technológia.