Լիթիում-իոնային մարտկոցները կոչվում են «ճոճվող աթոռի տիպի» մարտկոցներ: Լիցքավորված իոնները շարժվում են դրական և բացասական էլեկտրոդների միջև՝ իրականացնելու լիցքի փոխանցում և էներգիա մատակարարելու արտաքին սխեմաներին կամ լիցքավորելու արտաքին էներգիայի աղբյուրից:

Հատուկ լիցքավորման գործընթացում արտաքին լարումը կիրառվում է մարտկոցի երկու բևեռների վրա, իսկ լիթիումի իոնները դուրս են բերվում դրական էլեկտրոդի նյութից և մտնում էլեկտրոլիտ: Միևնույն ժամանակ, ավելցուկային էլեկտրոնները անցնում են դրական հոսանքի կոլեկտորով և արտաքին միացումով շարժվում դեպի բացասական էլեկտրոդ; լիթիումի իոնները գտնվում են էլեկտրոլիտում: Այն շարժվում է դրական էլեկտրոդից դեպի բացասական էլեկտրոդ, անցնելով դիֆրագմայի միջով դեպի բացասական էլեկտրոդ; բացասական էլեկտրոդի մակերևույթով անցնող SEI թաղանթը ներկառուցված է բացասական էլեկտրոդի գրաֆիտային շերտավոր կառուցվածքում և միավորվում է էլեկտրոնների հետ:

Իոնների և էլեկտրոնների աշխատանքի ողջ ընթացքում մարտկոցի կառուցվածքը, որն ազդում է լիցքավորման փոխանցման վրա՝ լինի էլեկտրաքիմիական, թե ֆիզիկական, կազդի արագ լիցքավորման աշխատանքի վրա:

Մարտկոցի բոլոր մասերի արագ լիցքավորման պահանջները

Ինչ վերաբերում է մարտկոցներին, եթե ցանկանում եք բարելավել էներգիայի արտադրողականությունը, դուք պետք է քրտնաջան աշխատեք մարտկոցի բոլոր առումներով, ներառյալ դրական էլեկտրոդը, բացասական էլեկտրոդը, էլեկտրոլիտը, տարանջատիչը և կառուցվածքային դիզայնը:

դրական էլեկտրոդ

Իրականում, գրեթե բոլոր տեսակի կաթոդային նյութերը կարող են օգտագործվել արագ լիցքավորվող մարտկոցներ պատրաստելու համար: Կարևոր հատկությունները, որոնք պետք է երաշխավորվեն, ներառում են հաղորդունակությունը (նվազեցնում է ներքին դիմադրությունը), դիֆուզիոն (ապահովում է ռեակցիայի կինետիկան), կյանքը (մի բացատրիր) և անվտանգությունը (մի բացատրիր), մշակման պատշաճ կատարումը (հատուկ մակերեսը չպետք է լինի շատ): մեծ՝ կողմնակի ռեակցիաները նվազեցնելու և անվտանգության ապահովման համար):

Իհարկե, յուրաքանչյուր կոնկրետ նյութի համար լուծվելիք խնդիրները կարող են տարբեր լինել, բայց մեր ընդհանուր կաթոդային նյութերը կարող են բավարարել այս պահանջները մի շարք օպտիմալացումների միջոցով, բայց տարբեր նյութեր նույնպես տարբեր են.

Ա. Լիթիումի երկաթի ֆոսֆատը կարող է ավելի շատ կենտրոնանալ հաղորդունակության և ցածր ջերմաստիճանի խնդիրների լուծման վրա: Ածխածնային ծածկույթի իրականացումը, չափավոր նանոիզացումը (նկատի ունեցեք, որ այն չափավոր է, միանշանակ պարզ տրամաբանություն չէ, որ որքան նուրբ, այնքան լավ), և մասնիկների մակերեսին իոնային հաղորդիչների ձևավորումը ամենատիպիկ ռազմավարությունն է:

Բ. Եռյակային նյութն ինքնին համեմատաբար լավ էլեկտրական հաղորդունակություն ունի, բայց դրա ռեակտիվությունը չափազանց բարձր է, ուստի եռյակ նյութերը հազվադեպ են կատարում նանո մասշտաբի աշխատանք (նանոիզացումը համադարման հակաթույն չէ նյութի արդյունավետության բարելավման համար, հատկապես՝ մարտկոցների դաշտ Չինաստանում երբեմն շատ հակաօգտագործումներ կան), և ավելի մեծ ուշադրություն է դարձվում անվտանգությանը և կողմնակի ռեակցիաների ճնշմանը (էլեկտրոլիտով): Ի վերջո, եռակի նյութերի ներկայիս կյանքը ապահովության մեջ է, և մարտկոցի անվտանգության վերջին վթարները նույնպես հաճախ են տեղի ունեցել: Առաջ քաշեք ավելի բարձր պահանջներ.

Գ. Լիթիումի մանգանատն ավելի կարևոր է ծառայության ժամկետի առումով: Շուկայում կան նաև լիթիումի մանգանատի վրա հիմնված արագ լիցքավորվող մարտկոցներ:

բացասական էլեկտրոդ

Երբ լիթիում-իոնային մարտկոցը լիցքավորվում է, լիթիումը տեղափոխվում է բացասական էլեկտրոդ: Արագ լիցքավորման և մեծ հոսանքի հետևանքով առաջացած չափազանց բարձր պոտենցիալը կհանգեցնի բացասական էլեկտրոդի ներուժի ավելի բացասական լինելուն: Այս պահին կմեծանա բացասական էլեկտրոդի ճնշումը՝ լիթիումը արագ ընդունելու համար, և կմեծանա լիթիումի դենդրիտների առաջացման միտումը։ Հետևաբար, բացասական էլեկտրոդը պետք է ոչ միայն բավարարի լիթիումի դիֆուզիոն արագ լիցքավորման ժամանակ: Լիթիումի իոնային մարտկոցի կինետիկ պահանջները պետք է լուծեն նաև լիթիումի դենդրիտների աճող միտումով առաջացած անվտանգության խնդիրը։ Հետևաբար արագ լիցքավորման միջուկի կարևոր տեխնիկական դժվարությունը լիթիումի իոնների ներդիրն է բացասական էլեկտրոդում։

Ա. Ներկայումս շուկայում գերիշխող բացասական էլեկտրոդի նյութը շարունակում է մնալ գրաֆիտը (կազմում է շուկայի մասնաբաժնի մոտ 90%-ը): Հիմնարար պատճառը էժան է, և գրաֆիտի համապարփակ մշակման կատարումը և էներգիայի խտությունը համեմատաբար լավ են՝ համեմատաբար քիչ թերություններով: . Իհարկե, խնդիրներ կան նաև գրաֆիտի բացասական էլեկտրոդի հետ կապված: Մակերեւույթը համեմատաբար զգայուն է էլեկտրոլիտի նկատմամբ, իսկ լիթիումի ինտերկալացիոն ռեակցիան ունի ուժեղ ուղղորդում։ Հետևաբար, կարևոր է քրտնաջան աշխատել գրաֆիտի մակերևույթի կառուցվածքային կայունությունը բարելավելու և ենթաշերտի վրա լիթիումի իոնների տարածմանը նպաստելու համար: ուղղությունը։

Բ. Կոշտ ածխածնային և փափուկ ածխածնային նյութերը նույնպես մեծ զարգացում են ապրել վերջին տարիներին. կոշտ ածխածնային նյութերն ունեն լիթիումի ներդիրի բարձր ներուժ և ունեն միկրոծակեր նյութերում, ուստի ռեակցիայի կինետիկան լավ է. և փափուկ ածխածնային նյութերը լավ համատեղելիություն ունեն էլեկտրոլիտի հետ, MCMB Նյութերը նույնպես շատ ներկայացուցչական են, բայց կոշտ և փափուկ ածխածնային նյութերը սովորաբար ցածր արդյունավետությամբ և բարձր արժեք ունեն (և պատկերացրեք, որ գրաֆիտը նույնքան էժան է, ես վախենում եմ, որ դա չէ հուսադրող է արդյունաբերական տեսանկյունից), ուստի ընթացիկ սպառումը շատ ավելի քիչ է, քան գրաֆիտը, և ավելի շատ օգտագործվում է որոշ մասնագիտությունների մեջ մարտկոցի վրա:

Գ. Ի՞նչ կասեք լիթիումի տիտանատի մասին: Կարճ ասած. լիթիումի տիտանատի առավելություններն են հզորության բարձր խտությունը, ավելի անվտանգ և ակնհայտ թերությունները: Էներգիայի խտությունը շատ ցածր է, իսկ արժեքը բարձր է, երբ հաշվարկվում է Wh-ով: Հետևաբար, լիթիումի տիտանատ մարտկոցի տեսակետը օգտակար տեխնոլոգիա է, որն ունի առավելություններ կոնկրետ դեպքերում, բայց այն հարմար չէ շատ դեպքերի համար, որոնք պահանջում են բարձր ծախսեր և նավարկության տիրույթ:

D. Սիլիկոնային անոդային նյութերը զարգացման կարևոր ուղղություն են, և Panasonic-ի նոր 18650 մարտկոցը սկսել է նման նյութերի առևտրային գործընթացը: Այնուամենայնիվ, թե ինչպես հասնել հավասարակշռության նանոմետրի կատարողականության հետապնդման և մարտկոցների արդյունաբերության հետ կապված նյութերի ընդհանուր միկրոն մակարդակի պահանջների միջև դեռևս ավելի դժվար խնդիր է:

Միջնորմ

Ինչ վերաբերում է հոսանքի տիպի մարտկոցներին, ապա բարձր հոսանքի աշխատանքը ավելի բարձր պահանջներ է դնում դրանց անվտանգության և կյանքի տևողության վրա: Դիֆրագմայի ծածկույթի տեխնոլոգիան հնարավոր չէ շրջանցել: Կերամիկական ծածկույթով դիֆրագմները արագորեն դուրս են մղվում իրենց բարձր անվտանգության և էլեկտրոլիտի մեջ կեղտերը սպառելու ունակության պատճառով: Մասնավորապես, եռակի մարտկոցների անվտանգության բարելավման ազդեցությունը հատկապես նշանակալի է:

Ամենակարևոր համակարգը, որն այժմ օգտագործվում է կերամիկական դիֆրագմների համար, ավանդական դիֆրագմների մակերեսին կավահողային մասնիկները ծածկելն է: Համեմատաբար նոր մեթոդ է պինդ էլեկտրոլիտային մանրաթելերը դիֆրագմայի վրա ծածկելը: Նման դիֆրագմներն ունեն ավելի ցածր ներքին դիմադրություն, և մանրաթելերի հետ կապված դիֆրագմների մեխանիկական աջակցության ազդեցությունը ավելի լավ է: Գերազանց է, և սպասարկման ընթացքում դիֆրագմայի ծակոտիները փակելու ավելի ցածր միտում ունի:

Ծածկույթից հետո դիֆրագմը լավ կայունություն ունի: Նույնիսկ եթե ջերմաստիճանը համեմատաբար բարձր է, հեշտ չէ նեղանալ և դեֆորմացնել և կարճ միացում առաջացնել: Jiangsu Qingtao Energy Co., Ltd.-ն, որն աջակցում է Ցինգհուա համալսարանի Նյութերի և նյութերի դպրոցի Nan Cewen հետազոտական ​​խմբի տեխնիկական աջակցությամբ, ունի որոշակի ներկայացուցիչ այս առումով: Աշխատելով, դիֆրագմը ներկայացված է ստորև բերված նկարում:

Էլեկտրոլիտ

Էլեկտրոլիտը մեծ ազդեցություն ունի արագ լիցքավորվող լիթիում-իոնային մարտկոցների աշխատանքի վրա։ Արագ լիցքավորման և բարձր հոսանքի պայմաններում մարտկոցի կայունությունն ու անվտանգությունն ապահովելու համար էլեկտրոլիտը պետք է համապատասխանի հետևյալ բնութագրերին՝ ա) չի կարող քայքայվել, Բ) բարձր հաղորդունակություն և Գ) իներտ է դրական և բացասական նյութերի նկատմամբ: Արձագանքել կամ լուծարել:

Եթե ​​ցանկանում եք բավարարել այս պահանջները, հիմնականը հավելումներ և ֆունկցիոնալ էլեկտրոլիտներ օգտագործելն է: Օրինակ, եռակի արագ լիցքավորվող մարտկոցների անվտանգությունը մեծապես ազդում է դրա վրա, և դրանց անվտանգությունը որոշակիորեն բարելավելու համար անհրաժեշտ է դրանցում ավելացնել տարբեր հակաջերմաստիճան, բոցավառվող և գերլիցքավորող հավելումներ: Լիթիումի տիտանատ մարտկոցների հին ու դժվարին խնդիրը՝ բարձր ջերմաստիճանի մետեորիզմը, նույնպես պետք է բարելավվի բարձր ջերմաստիճանի ֆունկցիոնալ էլեկտրոլիտի միջոցով:

Մարտկոցի կառուցվածքի նախագծում

Տիպիկ օպտիմալացման ռազմավարություն է կուտակված VS ոլորուն տեսակը: Խցանված մարտկոցի էլեկտրոդները համարժեք են զուգահեռ կապի, իսկ ոլորման տեսակը համարժեք է սերիական միացման: Հետևաբար, առաջինի ներքին դիմադրությունը շատ ավելի փոքր է, և այն ավելի հարմար է հզորության տեսակի համար: առիթ.

Բացի այդ, կարելի է ջանքեր գործադրել ներդիրների քանակի վրա՝ լուծելու ներքին դիմադրության և ջերմության արտանետման խնդիրները։ Բացի այդ, էլեկտրոդների բարձր հաղորդունակության նյութերի օգտագործումը, ավելի հաղորդիչ նյութերի օգտագործումը և ավելի բարակ էլեկտրոդների ծածկույթը նույնպես ռազմավարություններ են, որոնք կարելի է դիտարկել:

Մի խոսքով, այն գործոնները, որոնք ազդում են մարտկոցի ներսում լիցքավորման շարժի և էլեկտրոդների անցքերի տեղադրման արագության վրա, կազդեն լիթիում-իոնային մարտկոցների արագ լիցքավորման ունակության վրա:

Հիմնական արտադրողների արագ լիցքավորման տեխնոլոգիական ուղիների ակնարկ

Նինգդե դարաշրջան

Ինչ վերաբերում է դրական էլեկտրոդին, CATL-ը մշակել է «սուպերէլեկտրոնային ցանց» տեխնոլոգիան, որի շնորհիվ լիթիումի երկաթի ֆոսֆատն ունի գերազանց էլեկտրոնային հաղորդունակություն. Բացասական էլեկտրոդի գրաֆիտի մակերևույթի վրա «արագ իոնային օղակ» տեխնոլոգիան օգտագործվում է գրաֆիտը փոփոխելու համար, իսկ փոփոխված գրաֆիտը հաշվի է առնում և՛ գերարագ լիցքավորումը, և՛ բարձր էներգիայի խտության բնութագրերով բացասական էլեկտրոդն այլևս չունի չափազանց մեծ քանակություն: ապրանքներ արագ լիցքավորման ժամանակ, որպեսզի այն ունենա 4-5C արագ լիցքավորման հզորություն՝ իրականացնելով 10-15 րոպե արագ լիցքավորում և լիցքավորում և կարող է ապահովել համակարգի մակարդակի էներգիայի խտությունը 70վտ/կգ-ից բարձր՝ հասնելով 10,000 ցիկլի կյանքի:

Ջերմային կառավարման առումով նրա ջերմային կառավարման համակարգը լիովին ճանաչում է ֆիքսված քիմիական համակարգի «առողջ լիցքավորման ինտերվալը» տարբեր ջերմաստիճաններում և SOC-ներում, ինչը մեծապես ընդլայնում է լիթիում-իոնային մարտկոցների աշխատանքային ջերմաստիճանը:

Waterma

Waterma-ն վերջերս այնքան էլ լավը չէ, եկեք խոսենք միայն տեխնիկայի մասին: Waterma-ն օգտագործում է լիթիումի երկաթի ֆոսֆատ՝ ավելի փոքր մասնիկների չափով: Ներկայումս շուկայում սովորական լիթիումի երկաթի ֆոսֆատն ունի 300-ից 600 նմ մասնիկների չափսեր, մինչդեռ Waterma-ն օգտագործում է միայն 100-300 նմ լիթիումի երկաթի ֆոսֆատ, այնպես որ լիթիումի իոնները կունենան: Որքան արագ լինի միգրացիայի արագությունը, այնքան մեծ կլինի հոսանքը: լիցքավորվել և լիցքաթափվել է. Մարտկոցներից բացի այլ համակարգերի համար ուժեղացրեք ջերմային կառավարման համակարգերի նախագծումը և համակարգի անվտանգությունը:

Միկրոէներգիա

Վաղ օրերին Weihong Power-ն ընտրեց լիթիումի տիտանատ + ծակոտկեն կոմպոզիտային ածխածին սպինելի կառուցվածքով, որը կարող է դիմակայել արագ լիցքավորմանը և բարձր հոսանքին՝ որպես բացասական էլեկտրոդի նյութ։ արագ լիցքավորման ժամանակ մարտկոցի անվտանգության համար բարձր էներգիայի հոսանքի սպառնալիքը կանխելու համար, Weihong Power Combining չայրվող էլեկտրոլիտը, բարձր ծակոտկեն և բարձր թափանցելիությամբ դիֆրագմային տեխնոլոգիան և STL խելացի ջերմային հսկողության հեղուկի տեխնոլոգիան, այն կարող է ապահովել մարտկոցի անվտանգությունը։ երբ մարտկոցը արագ լիցքավորվում է:

2017 թվականին նա հայտարարեց բարձր էներգիայի խտության մարտկոցների նոր սերնդի մասին՝ օգտագործելով բարձր հզորությամբ և հզոր լիթիումի մանգանատ կաթոդային նյութեր՝ 170 վտ/կգ մեկ էներգիայի խտությամբ և հասնելով 15 րոպե արագ լիցքավորման: Նպատակը կյանքի և անվտանգության խնդիրները հաշվի առնելն է։

Չժուհայ Յինլոնգ

Լիթիումի տիտանատի անոդը հայտնի է իր աշխատանքային ջերմաստիճանի լայն տիրույթով և լիցքաթափման մեծ արագությամբ: Կոնկրետ տեխնիկական մեթոդների վերաբերյալ հստակ տվյալներ չկան։ Ցուցահանդեսի աշխատակիցների հետ խոսելիս ասվում է, որ դրա արագ լիցքավորումը կարող է հասնել 10C, իսկ կյանքի տևողությունը՝ 20,000 անգամ:

Արագ լիցքավորման տեխնոլոգիայի ապագան

Էլեկտրական մեքենաների արագ լիցքավորման տեխնոլոգիան պատմական ուղղությո՞ւն է, թե՞ կարճատև երևույթ, իրականում հիմա տարբեր կարծիքներ կան, և ոչ մի եզրակացություն չկա։ Որպես վազքի անհանգստությունը լուծելու այլընտրանքային մեթոդ, այն դիտարկվում է նույն հարթակում մարտկոցի էներգիայի խտությամբ և մեքենայի ընդհանուր արժեքով:

Էներգիայի խտությունը և արագ լիցքավորման կատարումը, նույն մարտկոցում, կարելի է ասել, որ երկու անհամատեղելի ուղղություններ են և հնարավոր չէ հասնել միաժամանակ: Մարտկոցի էներգիայի խտության ձգտումը ներկայումս հիմնական ուղղությունն է: Երբ էներգիայի խտությունը բավականաչափ բարձր է, և մեքենայի մարտկոցի հզորությունը բավականաչափ մեծ է՝ կանխելու այսպես կոչված «տարածքի անհանգստությունը», մարտկոցի լիցքավորման արագության պահանջարկը կնվազի. միևնույն ժամանակ, եթե մարտկոցի հզորությունը մեծ է, եթե մարտկոցի արժեքը մեկ կիլովատ/ժամի համար բավական ցածր չէ, ապա դա անհրաժեշտ է: Ding Kemao-ի կողմից էլեկտրաէներգիա գնելը, որը բավարար է «անհանգիստ չլինելու» համար, սպառողներից պահանջում է ընտրություն կատարել: Եթե ​​մտածեք դրա մասին, արագ լիցքավորումը արժեք ունի: Մեկ այլ տեսակետ արագ լիցքավորման սարքավորումների արժեքն է, որը, իհարկե, ողջ հասարակության ծախսերի մի մասն է` էլեկտրիֆիկացման խթանման համար:

Արդյոք արագ լիցքավորման տեխնոլոգիան կարող է լայնածավալ խթանվել, էներգիայի խտությունը և արագ լիցքավորման տեխնոլոգիան, որը արագ զարգանում է, և երկու տեխնոլոգիաները, որոնք նվազեցնում են ծախսերը, կարող են որոշիչ դեր խաղալ դրա ապագայում: