Le batterie agli ioni di litio sono chiamate batterie “tipo sedia a dondolo”. Gli ioni carichi si muovono tra gli elettrodi positivo e negativo per realizzare il trasferimento di carica e fornire alimentazione a circuiti esterni o carica da una fonte di alimentazione esterna.

Durante il processo di carica specifico, la tensione esterna viene applicata ai due poli della batteria e gli ioni di litio vengono estratti dal materiale dell’elettrodo positivo ed entrano nell’elettrolita. Allo stesso tempo, gli elettroni in eccesso passano attraverso il collettore di corrente positivo e si spostano sull’elettrodo negativo attraverso il circuito esterno; gli ioni di litio sono nell’elettrolita. Si sposta dall’elettrodo positivo all’elettrodo negativo, passando attraverso il diaframma all’elettrodo negativo; il film SEI che passa attraverso la superficie dell’elettrodo negativo è incorporato nella struttura a strati di grafite dell’elettrodo negativo e si combina con gli elettroni.

Durante il funzionamento di ioni ed elettroni, la struttura della batteria che influenza il trasferimento di carica, sia elettrochimico che fisico, influenzerà le prestazioni di ricarica rapida.

I requisiti della ricarica rapida per tutte le parti della batteria

Per quanto riguarda le batterie, se si desidera migliorare le prestazioni energetiche, è necessario lavorare sodo in tutti gli aspetti della batteria, inclusi l’elettrodo positivo, l’elettrodo negativo, l’elettrolita, il separatore e il design strutturale.

elettrodo positivo

In effetti, quasi tutti i tipi di materiali catodici possono essere utilizzati per realizzare batterie a ricarica rapida. Le proprietà importanti da garantire includono la conduttività (riduce la resistenza interna), la diffusione (assicura la cinetica di reazione), la durata (non spiegare) e la sicurezza (non spiegare), le corrette prestazioni di lavorazione (la superficie specifica non dovrebbe essere troppo grande per ridurre le reazioni collaterali e servire la sicurezza).

Certo, i problemi da risolvere per ogni specifico materiale possono essere diversi, ma i nostri comuni materiali catodici possono soddisfare questi requisiti attraverso una serie di ottimizzazioni, ma diversi sono anche i materiali:

R. Il litio ferro fosfato può essere più concentrato sulla risoluzione dei problemi di conduttività e bassa temperatura. Effettuare il rivestimento in carbonio, la nanoizzazione moderata (si noti che è moderata, non è sicuramente una logica semplice che più fine è meglio è), e la formazione di conduttori ionici sulla superficie delle particelle sono le strategie più tipiche.

B. Il materiale ternario stesso ha una conduttività elettrica relativamente buona, ma la sua reattività è troppo alta, quindi i materiali ternari raramente eseguono lavori su nanoscala (la nano-izzazione non è un antidoto panacea per il miglioramento delle prestazioni del materiale, specialmente nel campo delle batterie Ci sono a volte molti anti-usi in Cina), e viene prestata maggiore attenzione alla sicurezza e alla soppressione delle reazioni collaterali (con l’elettrolita). Dopotutto, l’attuale durata dei materiali ternari risiede nella sicurezza e anche di recente si sono verificati incidenti relativi alla sicurezza delle batterie. Presentare requisiti più elevati.

C. Il manganato di litio è più importante in termini di durata. Ci sono anche molte batterie a ricarica rapida a base di manganato di litio sul mercato.

elettrodo negativo

Quando viene caricata una batteria agli ioni di litio, il litio migra verso l’elettrodo negativo. Il potenziale eccessivamente alto causato dalla carica rapida e dalla corrente elevata farà sì che il potenziale dell’elettrodo negativo sia più negativo. A questo punto, la pressione dell’elettrodo negativo per accettare rapidamente il litio aumenterà e aumenterà la tendenza a generare dendriti di litio. Pertanto, l’elettrodo negativo non deve solo soddisfare la diffusione del litio durante la ricarica rapida. I requisiti cinetici della batteria agli ioni di litio devono risolvere anche il problema di sicurezza causato dalla maggiore tendenza dei dendriti di litio. Pertanto, l’importante difficoltà tecnica del nucleo di ricarica rapida è l’inserimento di ioni di litio nell’elettrodo negativo.

R. Al momento, il materiale per elettrodi negativi dominante sul mercato è ancora la grafite (che rappresenta circa il 90% della quota di mercato). Il motivo fondamentale è economico e le prestazioni di elaborazione complete e la densità energetica della grafite sono relativamente buone, con relativamente pochi difetti. . Naturalmente, ci sono anche problemi con l’elettrodo negativo di grafite. La superficie è relativamente sensibile all’elettrolita e la reazione di intercalazione del litio ha una forte direzionalità. Pertanto, è importante lavorare sodo per migliorare la stabilità strutturale della superficie della grafite e favorire la diffusione degli ioni di litio sul substrato. direzione.

B. Anche i materiali in carbonio duro e carbonio morbido hanno visto un grande sviluppo negli ultimi anni: i materiali in carbonio duro hanno un alto potenziale di inserimento del litio e hanno micropori nei materiali, quindi la cinetica di reazione è buona; e i materiali in carbonio morbido hanno una buona compatibilità con l’elettrolita, MCMB I materiali sono anche molto rappresentativi, ma i materiali in carbonio duro e morbido sono generalmente a bassa efficienza e ad alto costo (e immagina che la grafite sia lo stesso economico, temo che non lo sia speranzoso da un punto di vista industriale), quindi il consumo di corrente è molto inferiore alla grafite e più utilizzato in alcune specialità sulla batteria.

C. Che ne dici di titanato di litio? Per dirla in breve: i vantaggi del titanato di litio sono l’elevata densità di potenza, gli svantaggi più sicuri e ovvi. La densità di energia è molto bassa e il costo è elevato se calcolato in Wh. Pertanto, il punto di vista della batteria al litio titanato è una tecnologia utile con vantaggi in occasioni specifiche, ma non è adatta a molte occasioni che richiedono costi elevati e autonomia di crociera.

D. I materiali dell’anodo di silicio sono un’importante direzione di sviluppo e la nuova batteria 18650 di Panasonic ha iniziato il processo commerciale di tali materiali. Tuttavia, come raggiungere un equilibrio tra la ricerca di prestazioni nanometriche e i requisiti generali a livello di micron dei materiali relativi all’industria delle batterie è ancora un compito più impegnativo.

Diaframma

Per quanto riguarda le batterie di tipo power, il funzionamento ad alta corrente impone requisiti più elevati in termini di sicurezza e durata. La tecnologia di rivestimento del diaframma non può essere elusa. I diaframmi rivestiti in ceramica vengono rapidamente espulsi a causa della loro elevata sicurezza e della capacità di consumare le impurità nell’elettrolita. In particolare, l’effetto del miglioramento della sicurezza delle batterie ternarie è particolarmente significativo.

Il sistema più importante attualmente utilizzato per i diaframmi ceramici è quello di rivestire particelle di allumina sulla superficie dei diaframmi tradizionali. Un metodo relativamente nuovo consiste nel rivestire fibre di elettrolita solido sul diaframma. Tali diaframmi hanno una resistenza interna inferiore e l’effetto di supporto meccanico dei diaframmi in fibra è migliore. Eccellente, e ha una minore tendenza a ostruire i pori del diaframma durante il servizio.

Dopo il rivestimento, il diaframma ha una buona stabilità. Anche se la temperatura è relativamente alta, non è facile restringersi e deformarsi e causare un cortocircuito. Jiangsu Qingtao Energy Co., Ltd. supportata dal supporto tecnico del gruppo di ricerca Nan Cewen della School of Materials and Materials of Tsinghua University ha alcuni rappresentanti in questo senso. In funzione, il diaframma è mostrato nella figura sottostante.

elettrolito

L’elettrolita ha una grande influenza sulle prestazioni delle batterie agli ioni di litio a ricarica rapida. Per garantire la stabilità e la sicurezza della batteria sotto carica rapida e alta corrente, l’elettrolita deve soddisfare le seguenti caratteristiche: A) non può essere decomposto, B) alta conduttività e C) è inerte ai materiali positivi e negativi. Reagire o dissolversi.

Se si desidera soddisfare questi requisiti, la chiave è utilizzare additivi ed elettroliti funzionali. Ad esempio, la sicurezza delle batterie ternarie a ricarica rapida ne è fortemente influenzata ed è necessario aggiungere vari additivi anti-alta temperatura, ritardanti di fiamma e anti-sovraccarico per migliorarne in una certa misura la sicurezza. Anche il vecchio e difficile problema delle batterie al litio titanato, la flatulenza ad alta temperatura, deve essere migliorato dall’elettrolita funzionale ad alta temperatura.

Design della struttura della batteria

Una tipica strategia di ottimizzazione è il tipo di avvolgimento VS impilato. Gli elettrodi della batteria impilata sono equivalenti a una relazione parallela e il tipo di avvolgimento è equivalente a una connessione in serie. Pertanto, la resistenza interna del primo è molto più piccola ed è più adatta al tipo di alimentazione. occasione.

Inoltre, si possono fare sforzi sul numero di alette per risolvere i problemi di resistenza interna e dissipazione del calore. Inoltre, è possibile prendere in considerazione anche l’utilizzo di materiali per elettrodi ad alta conduttività, l’utilizzo di più agenti conduttivi e il rivestimento di elettrodi più sottili.

In breve, i fattori che influenzano il movimento di carica all’interno della batteria e la velocità di inserimento dei fori degli elettrodi influenzeranno la capacità di ricarica rapida delle batterie agli ioni di litio.

Panoramica dei percorsi della tecnologia di ricarica rapida per i principali produttori

Era Ningde

Per quanto riguarda l’elettrodo positivo, CATL ha sviluppato la tecnologia della “rete super elettronica”, che fa sì che il litio ferro fosfato abbia un’ottima conducibilità elettronica; sulla superficie della grafite dell’elettrodo negativo, la tecnologia “fast ion ring” viene utilizzata per modificare la grafite e la grafite modificata tiene conto sia della carica super veloce che dell’alta Con le caratteristiche della densità di energia, l’elettrodo negativo non ha più by- prodotti durante la ricarica rapida, in modo che abbia una capacità di ricarica rapida di 4-5°C, realizzando 10-15 minuti di ricarica e ricarica rapida e possa garantire la densità energetica del livello di sistema superiore a 70wh/kg, raggiungendo 10,000 cicli di vita.

In termini di gestione termica, il suo sistema di gestione termica riconosce pienamente l'”intervallo di ricarica salutare” del sistema chimico fisso a diverse temperature e SOC, che amplia notevolmente la temperatura di funzionamento delle batterie agli ioni di litio.

Waterma

Waterma non è così buono ultimamente, parliamo solo di tecnologia. Waterma utilizza fosfato di ferro di litio con una dimensione delle particelle più piccola. Al momento, il comune fosfato di litio e ferro sul mercato ha una dimensione delle particelle compresa tra 300 e 600 nm, mentre Waterma utilizza solo fosfato di litio e ferro da 100 a 300 nm, quindi gli ioni di litio avranno Maggiore è la velocità di migrazione, maggiore è la corrente può essere carica e scarica. Per i sistemi diversi dalle batterie, rafforzare la progettazione dei sistemi di gestione termica e la sicurezza del sistema.

Micro alimentazione

Nei primi giorni, Weihong Power ha scelto il titanato di litio + carbonio composito poroso con struttura a spinello in grado di sopportare una carica rapida e un’alta corrente come materiale dell’elettrodo negativo; al fine di prevenire la minaccia di corrente ad alta potenza per la sicurezza della batteria durante la ricarica rapida, Weihong Power Combinando la tecnologia del diaframma non infiammabile, ad alta porosità e alta permeabilità e la tecnologia del fluido di controllo termico intelligente STL, può garantire la sicurezza della batteria quando la batteria viene caricata rapidamente.

Nel 2017, ha annunciato una nuova generazione di batterie ad alta densità di energia, utilizzando materiali catodici al manganato di litio ad alta capacità e ad alta potenza, con una singola densità di energia di 170wh/kg e raggiungendo una ricarica rapida di 15 minuti. L’obiettivo è prendere in considerazione i problemi di vita e di sicurezza.

Zhuhai Yinlong

L’anodo di titanato di litio è noto per il suo ampio intervallo di temperature di esercizio e l’elevata velocità di carica-scarica. Non ci sono dati chiari sui metodi tecnici specifici. Parlando con lo staff della mostra, si dice che la sua carica rapida può raggiungere i 10 °C e la durata è di 20,000 volte.

Il futuro della tecnologia di ricarica rapida

Se la tecnologia di ricarica rapida dei veicoli elettrici è una direzione storica o un fenomeno di breve durata, infatti, ora ci sono opinioni diverse e non c’è conclusione. Come metodo alternativo per risolvere l’ansia da chilometraggio, è considerato sulla stessa piattaforma con densità di energia della batteria e costo complessivo del veicolo.

Si può dire che la densità di energia e le prestazioni di ricarica rapida, nella stessa batteria, sono due direzioni incompatibili e non possono essere raggiunte contemporaneamente. La ricerca della densità di energia della batteria è attualmente il mainstream. Quando la densità di energia è sufficientemente alta e la capacità della batteria di un veicolo è abbastanza grande da prevenire la cosiddetta “ansia da autonomia”, la richiesta di prestazioni di carica della batteria sarà ridotta; allo stesso tempo, se la potenza della batteria è grande, se il costo della batteria per kilowattora non è abbastanza basso, allora è necessario? L’acquisto da parte di Ding Kemao di elettricità sufficiente per “non essere ansiosi” richiede ai consumatori di fare una scelta. Se ci pensi, la ricarica rapida ha un valore. Un altro punto di vista è il costo degli impianti di ricarica rapida, che ovviamente fa parte del costo dell’intera società per promuovere l’elettrificazione.

Se la tecnologia di ricarica rapida può essere promossa su larga scala, la densità energetica e la tecnologia di ricarica rapida che si sviluppa rapidamente e le due tecnologie che riducono i costi possono svolgere un ruolo decisivo nel suo futuro.