Baterai lithium-ion disebut baterai “jenis kursi goyang”. Ion bermuatan bergerak di antara elektroda positif dan negatif untuk mewujudkan transfer muatan dan memasok daya ke sirkuit eksternal atau muatan dari sumber daya eksternal.

Selama proses pengisian tertentu, tegangan eksternal diterapkan ke dua kutub baterai, dan ion lithium diekstraksi dari bahan elektroda positif dan masuk ke elektrolit. Pada saat yang sama, kelebihan elektron melewati kolektor arus positif dan pindah ke elektroda negatif melalui sirkuit eksternal; ion lithium berada dalam elektrolit. Bergerak dari elektroda positif ke elektroda negatif, melewati diafragma ke elektroda negatif; film SEI yang melewati permukaan elektroda negatif tertanam dalam struktur berlapis grafit dari elektroda negatif dan bergabung dengan elektron.

Sepanjang pengoperasian ion dan elektron, struktur baterai yang memengaruhi transfer muatan, baik elektrokimia maupun fisik, akan memengaruhi kinerja pengisian cepat.

Persyaratan pengisian cepat untuk semua bagian baterai

Mengenai baterai, jika Anda ingin meningkatkan kinerja daya, Anda harus bekerja keras di semua aspek baterai, termasuk elektroda positif, elektroda negatif, elektrolit, pemisah, dan desain struktural.

elektroda positif

Bahkan, hampir semua jenis bahan katoda dapat digunakan untuk membuat baterai pengisian cepat. Sifat penting yang harus dijamin meliputi konduktivitas (mengurangi resistansi internal), difusi (memastikan kinetika reaksi), masa pakai (tidak menjelaskan), dan keamanan (tidak menjelaskan), Kinerja pemrosesan yang tepat (luas permukaan spesifik tidak boleh terlalu tinggi). besar untuk mengurangi reaksi samping dan memberikan keamanan).

Tentu saja, masalah yang harus diselesaikan untuk setiap bahan tertentu mungkin berbeda, tetapi bahan katoda umum kami dapat memenuhi persyaratan ini melalui serangkaian optimasi, tetapi bahan yang berbeda juga berbeda:

A. Lithium iron phosphate mungkin lebih fokus pada pemecahan masalah konduktivitas dan suhu rendah. Melakukan pelapisan karbon, nanoisasi moderat (perhatikan bahwa itu moderat, jelas bukan logika sederhana bahwa semakin halus semakin baik), dan pembentukan konduktor ion pada permukaan partikel adalah strategi yang paling umum.

B. Bahan terner itu sendiri memiliki konduktivitas listrik yang relatif baik, tetapi reaktivitasnya terlalu tinggi, sehingga bahan terner jarang melakukan pekerjaan skala nano (nanoisasi bukanlah penangkal seperti obat mujarab untuk peningkatan kinerja material, terutama di bidang baterai Kadang-kadang ada banyak anti-penggunaan di Cina), dan lebih banyak perhatian diberikan pada keamanan dan penekanan reaksi samping (dengan elektrolit). Bagaimanapun, masa pakai material terner saat ini terletak pada keselamatan, dan kecelakaan keselamatan baterai baru-baru ini juga sering terjadi. Mengajukan persyaratan yang lebih tinggi.

C. Lithium manganate lebih penting dalam hal masa pakai. Ada juga banyak baterai pengisian cepat berbasis lithium manganat di pasaran.

elektroda negatif

Ketika baterai lithium-ion diisi, lithium bermigrasi ke elektroda negatif. Potensial yang terlalu tinggi yang disebabkan oleh pengisian cepat dan arus yang besar akan menyebabkan potensial elektroda negatif menjadi lebih negatif. Pada saat ini, tekanan elektroda negatif untuk menerima lithium dengan cepat akan meningkat, dan kecenderungan untuk menghasilkan dendrit lithium akan meningkat. Oleh karena itu, elektroda negatif tidak hanya harus memenuhi difusi lithium selama pengisian cepat. Persyaratan kinetika baterai lithium ion juga harus menyelesaikan masalah keamanan yang disebabkan oleh kecenderungan peningkatan dendrit lithium. Oleh karena itu, kesulitan teknis yang penting dari inti pengisian cepat adalah penyisipan ion litium ke dalam elektroda negatif.

A. Saat ini, bahan elektroda negatif yang dominan di pasar masih grafit (menyumbang sekitar 90% dari pangsa pasar). Alasan mendasarnya adalah murah, dan kinerja pemrosesan yang komprehensif dan kepadatan energi grafit relatif baik, dengan kekurangan yang relatif sedikit. . Tentu saja, ada juga masalah dengan elektroda negatif grafit. Permukaan relatif sensitif terhadap elektrolit, dan reaksi interkalasi lithium memiliki arah yang kuat. Oleh karena itu, penting untuk bekerja keras untuk meningkatkan stabilitas struktural permukaan grafit dan mempromosikan difusi ion litium pada substrat. arah.

B. Bahan karbon keras dan karbon lunak juga telah mengalami banyak perkembangan dalam beberapa tahun terakhir: bahan karbon keras memiliki potensi penyisipan lithium yang tinggi dan memiliki pori mikro dalam bahan, sehingga kinetika reaksinya baik; dan bahan karbon lunak memiliki kompatibilitas yang baik dengan elektrolit, MCMB Bahannya juga sangat representatif, tetapi bahan karbon keras dan lunak umumnya rendah efisiensi dan biayanya tinggi (dan bayangkan grafit itu sama murahnya, saya khawatir tidak penuh harapan dari sudut pandang industri), sehingga konsumsi saat ini jauh lebih sedikit daripada grafit, dan lebih banyak digunakan di beberapa spesialisasi Pada baterai.

C. Bagaimana dengan lithium titanate? Singkatnya: keuntungan dari lithium titanate adalah kepadatan daya yang tinggi, lebih aman, dan kerugian yang jelas. Kepadatan energi sangat rendah, dan biayanya tinggi bila dihitung dengan Wh. Oleh karena itu, dari sudut pandang baterai lithium titanate adalah teknologi yang berguna dengan keunggulan dalam kesempatan tertentu, tetapi tidak cocok untuk banyak kesempatan yang membutuhkan biaya tinggi dan daya jelajah.

D. Bahan anoda silikon merupakan arah pengembangan yang penting, dan baterai baru Panasonic 18650 telah memulai proses komersial bahan tersebut. Namun, bagaimana mencapai keseimbangan antara mengejar kinerja nanometer dan persyaratan tingkat mikron umum bahan terkait industri baterai masih merupakan tugas yang lebih menantang.

Diafrakma

Mengenai baterai tipe daya, operasi arus tinggi membebankan persyaratan yang lebih tinggi pada keselamatan dan masa pakainya. Teknologi pelapisan diafragma tidak dapat dielakkan. Diafragma berlapis keramik dengan cepat didorong keluar karena keamanannya yang tinggi dan kemampuannya untuk mengonsumsi kotoran dalam elektrolit. Secara khusus, efek peningkatan keamanan baterai terner sangat signifikan.

Sistem terpenting yang saat ini digunakan untuk diafragma keramik adalah melapisi partikel alumina pada permukaan diafragma tradisional. Metode yang relatif baru adalah melapisi serat elektrolit padat pada diafragma. Diafragma semacam itu memiliki resistansi internal yang lebih rendah, dan efek dukungan mekanis dari diafragma terkait serat lebih baik. Sangat baik, dan memiliki kecenderungan yang lebih rendah untuk memblokir pori-pori diafragma selama servis.

Setelah pelapisan, diafragma memiliki stabilitas yang baik. Bahkan jika suhunya relatif tinggi, tidak mudah menyusut dan berubah bentuk dan menyebabkan korsleting. Jiangsu Qingtao Energy Co., Ltd. didukung oleh dukungan teknis dari kelompok penelitian Nan Cewen dari Sekolah Bahan dan Bahan Universitas Tsinghua memiliki beberapa perwakilan dalam hal ini. Bekerja, diafragma ditunjukkan pada gambar di bawah ini.

Elektrolit

Elektrolit memiliki pengaruh besar pada kinerja baterai lithium-ion pengisian cepat. Untuk memastikan stabilitas dan keamanan baterai di bawah pengisian cepat dan arus tinggi, elektrolit harus memenuhi karakteristik berikut: A) tidak dapat terurai, B) konduktivitas tinggi, dan C) lembam terhadap bahan positif dan negatif. Bereaksi atau larut.

Jika Anda ingin memenuhi persyaratan ini, kuncinya adalah menggunakan aditif dan elektrolit fungsional. Misalnya, keamanan baterai pengisian cepat ternary sangat dipengaruhi olehnya, dan perlu untuk menambahkan berbagai aditif anti-suhu tinggi, tahan api, dan anti-overcharge untuk meningkatkan keamanannya sampai batas tertentu. Masalah lama dan sulit dari baterai lithium titanate, perut kembung suhu tinggi, juga harus diperbaiki dengan elektrolit fungsional suhu tinggi.

Desain struktur baterai

Strategi pengoptimalan tipikal adalah tipe belitan VS bertumpuk. Elektroda baterai yang ditumpuk setara dengan hubungan paralel, dan jenis belitannya setara dengan sambungan seri. Oleh karena itu, resistansi internal yang pertama jauh lebih kecil dan lebih cocok untuk jenis daya. kesempatan.

Selain itu, upaya dapat dilakukan pada jumlah tab untuk memecahkan masalah resistansi internal dan pembuangan panas. Selain itu, penggunaan bahan elektroda dengan konduktivitas tinggi, penggunaan bahan yang lebih konduktif, dan pelapisan elektroda yang lebih tipis juga merupakan strategi yang dapat dipertimbangkan.

Singkatnya, faktor-faktor yang mempengaruhi pergerakan muatan di dalam baterai dan laju penyisipan lubang elektroda akan mempengaruhi kemampuan pengisian cepat baterai lithium-ion.

Ikhtisar rute teknologi pengisian cepat untuk produsen utama

zaman Ningde

Mengenai elektroda positif, CATL mengembangkan teknologi “jaringan super elektronik”, yang membuat lithium besi fosfat memiliki konduktivitas elektronik yang sangat baik; pada permukaan grafit elektroda negatif, teknologi “cincin ion cepat” digunakan untuk memodifikasi grafit, dan grafit yang dimodifikasi memperhitungkan pengisian super cepat dan tinggi. Dengan karakteristik kepadatan energi, elektroda negatif tidak lagi memiliki by- produk selama pengisian cepat, sehingga memiliki kapasitas pengisian cepat 4-5C, mewujudkan pengisian dan pengisian cepat 10-15 menit, dan dapat memastikan kepadatan energi tingkat sistem di atas 70wh/kg, mencapai 10,000 siklus hidup.

Dalam hal manajemen termal, sistem manajemen termalnya sepenuhnya mengenali “interval pengisian daya yang sehat” dari sistem kimia tetap pada suhu dan SOC yang berbeda, yang sangat memperluas suhu pengoperasian baterai lithium-ion.

Waterma

Waterma tidak begitu baik akhir-akhir ini, mari kita bicara tentang teknologi. Waterma menggunakan lithium iron phosphate dengan ukuran partikel yang lebih kecil. Saat ini, lithium besi fosfat yang umum di pasaran memiliki ukuran partikel antara 300 dan 600 nm, sedangkan Waterma hanya menggunakan 100 hingga 300 nm lithium besi fosfat, jadi ion lithium akan memiliki Semakin cepat kecepatan migrasi, semakin besar arus yang dapat dihasilkan. dibebankan dan dibuang. Untuk sistem selain baterai, perkuat desain sistem manajemen termal dan keamanan sistem.

Kekuatan Mikro

Pada hari-hari awal, Weihong Power memilih lithium titanate + karbon komposit berpori dengan struktur spinel yang dapat menahan pengisian cepat dan arus tinggi sebagai bahan elektroda negatif; untuk mencegah ancaman arus daya tinggi terhadap keamanan baterai selama pengisian cepat, Weihong Power Menggabungkan elektrolit non-pembakaran, teknologi diafragma porositas tinggi dan permeabilitas tinggi dan teknologi cairan kontrol termal cerdas STL, dapat memastikan keamanan baterai saat baterai terisi dengan cepat.

Pada tahun 2017, ia mengumumkan generasi baru baterai kepadatan energi tinggi, menggunakan bahan katoda manganat lithium berkapasitas tinggi dan berdaya tinggi, dengan kepadatan energi tunggal 170wh/kg, dan mencapai pengisian cepat 15 menit. Tujuannya adalah untuk mempertimbangkan masalah kehidupan dan keselamatan.

Zhuhai Yinlong

Lithium titanate anode dikenal dengan rentang suhu operasi yang luas dan tingkat charge-discharge yang besar. Tidak ada data yang jelas tentang metode teknis tertentu. Berbicara dengan staf di pameran, dikatakan bahwa pengisian cepatnya dapat mencapai 10C dan masa pakainya 20,000 kali.

Masa depan teknologi pengisian cepat

Apakah teknologi pengisian cepat kendaraan listrik adalah arah sejarah atau fenomena berumur pendek, pada kenyataannya, ada pendapat yang berbeda sekarang, dan tidak ada kesimpulan. Sebagai metode alternatif untuk mengatasi kecemasan jarak tempuh, dianggap pada platform yang sama dengan kepadatan energi baterai dan biaya kendaraan secara keseluruhan.

Kepadatan energi dan kinerja pengisian cepat, dalam baterai yang sama, dapat dikatakan dua arah yang tidak kompatibel dan tidak dapat dicapai secara bersamaan. Mengejar kepadatan energi baterai saat ini menjadi arus utama. Ketika kepadatan energi cukup tinggi dan kapasitas baterai kendaraan cukup besar untuk mencegah apa yang disebut “kecemasan jangkauan”, permintaan kinerja pengisian daya baterai akan berkurang; pada saat yang sama, jika daya baterai besar, jika biaya baterai per kilowatt-jam tidak cukup rendah, apakah perlu? Pembelian listrik Ding Kemao yang cukup untuk “tidak cemas” menuntut konsumen untuk menentukan pilihan. Jika Anda memikirkannya, pengisian cepat memiliki nilai. Sudut pandang lain adalah biaya fasilitas pengisian cepat, yang tentunya merupakan bagian dari biaya seluruh masyarakat untuk menggalakkan elektrifikasi.

Apakah teknologi pengisian cepat dapat dipromosikan dalam skala besar, kepadatan energi dan teknologi pengisian cepat yang berkembang pesat, dan dua teknologi yang memangkas biaya, dapat memainkan peran yang menentukan di masa depan.