リチウムイオン電池は「ロッキングチェア型」電池と呼ばれています。 帯電したイオンは、正極と負極の間を移動して電荷移動を実現し、外部回路に電力を供給したり、外部電源から電荷を供給したりします。

特定の充電プロセス中に、外部電圧がバッテリーのXNUMXつの極に印加され、リチウムイオンが正極材料から抽出されて電解液に入ります。 同時に、過剰な電子は正の集電体を通過し、外部回路を通って負の電極に移動します。 リチウムイオンは電解質に含まれています。 正極から負極に移動し、ダイヤフラムを通過して負極になります。 負極の表面を通過するSEI膜は、負極のグラファイト層状構造に埋め込まれ、電子と結合します。

イオンと電子の動作を通じて、電気化学的であろうと物理的であろうと、電荷移動に影響を与えるバッテリー構造は、急速充電性能に影響を与えます。

バッテリーのすべての部分の急速充電の要件

電池に関しては、電力性能を向上させたい場合は、正極、負極、電解質、セパレーター、構造設計など、電池のあらゆる面で一生懸命努力する必要があります。

正極

実際、ほとんどすべての種類のカソード材料を使用して、急速充電バッテリーを製造できます。 保証される重要な特性には、導電率（内部抵抗の低減）、拡散（反応速度の確保）、寿命（説明しない）、安全性（説明しない）、適切な処理性能（比表面積もあってはなりません）が含まれます。副反応を減らし、安全に役立つために大きい）。

もちろん、特定の材料ごとに解決すべき問題は異なる場合がありますが、当社の一般的なカソード材料は一連の最適化を通じてこれらの要件を満たすことができますが、異なる材料も異なります。

A.リン酸鉄リチウムは、導電率と低温の問題を解決することに重点を置いている場合があります。 カーボンコーティングの実行、適度なナノ化（適度であることに注意してください。細かいほど良いという単純な論理ではありません）、および粒子の表面でのイオン伝導体の形成が最も一般的な戦略です。

B.三元材料自体は比較的良好な導電性を持っていますが、その反応性が高すぎるため、三元材料がナノスケールの作業を行うことはめったにありません（ナノ化は、特に材料性能の改善に対する万能薬のような解毒剤ではありません。電池の分野中国では解毒剤が多い場合があります）、安全性と副反応の抑制（電解質による）にもっと注意が払われています。 結局のところ、三元材料の現在の寿命は安全性にあり、最近のバッテリー安全事故も頻繁に発生しています。 より高い要件を提示します。

C.マンガン酸リチウムは耐用年数の観点からより重要です。 マンガン酸リチウムベースの急速充電バッテリーも数多く市場に出回っています。

負極

リチウムイオン電池を充電すると、リチウムは負極に移動します。 急速充電と大電流によって引き起こされる過度に高い電位は、負極電位をより負にします。 このとき、リチウムを素早く受け入れる負極の圧力が高くなり、リチウムデンドライトが発生する傾向が強くなります。 したがって、負極は急速充電中のリチウム拡散を満たすだけではありません。 リチウムイオン電池の動力学要件は、リチウムデンドライトの増加傾向によって引き起こされる安全性の問題も解決する必要があります。 したがって、急速充電コアの重要な技術的困難は、負極へのリチウムイオンの挿入です。

A.現在、市場で優勢な負極材料は依然としてグラファイトです（市場シェアの約90％を占めています）。 根本的な理由は安価であり、グラファイトの包括的な処理性能とエネルギー密度は比較的良好であり、欠点は比較的少ない。 。 もちろん、黒鉛負極にも問題があります。 表面は電解質に比較的敏感であり、リチウムインターカレーション反応は強い方向性を持っています。 したがって、グラファイト表面の構造安定性を改善し、基板上のリチウムイオンの拡散を促進するために一生懸命働くことが重要です。 方向。

B.ハードカーボンおよびソフトカーボン材料も近年多くの開発が行われています。ハードカーボン材料はリチウム挿入の可能性が高く、材料に微細孔があるため、反応速度が良好です。 ソフトカーボン材料は電解質との相溶性が良好です、MCMB材料も非常に代表的ですが、ハードカーボン材料とソフトカーボン材料は一般に効率が低く、コストが高くなります（そしてグラファイトも同じくらい安いと想像してください、そうではないのではないかと思います産業の観点から期待されている）、したがって、消費電流はグラファイトよりはるかに少なく、バッテリーのいくつかの専門分野でより多く使用されています。

C.チタン酸リチウムはどうですか？ 簡単に言えば、チタン酸リチウムの利点は、電力密度が高く、安全で、明らかな欠点です。 エネルギー密度は非常に低く、Whで計算するとコストが高くなります。 したがって、チタン酸リチウム電池の観点は、特定の場面で有利な有用な技術ですが、高コストと航続距離を必要とする多くの場面には適していません。

D.シリコンアノード材料は重要な開発の方向性であり、パナソニックの新しい18650バッテリーはそのような材料の商業的プロセスを開始しました。 ただし、ナノメートルの性能の追求と、電池業界に関連する材料の一般的なミクロンレベルの要件との間のバランスをどのように達成するかは、依然としてより困難な作業です。

ダイアフラム

パワータイプのバッテリーに関しては、大電流動作はそれらの安全性と寿命により高い要件を課します。 ダイヤフラムコーティング技術を回避することはできません。 セラミックコーティングされたダイアフラムは、安全性が高く、電解液中の不純物を消費する能力があるため、急速に押し出されています。 特に、三元電池の安全性向上の効果は特に大きい。

セラミックダイアフラムに現在使用されている最も重要なシステムは、従来のダイアフラムの表面にアルミナ粒子をコーティングすることです。 比較的新しい方法は、ダイアフラムに固体電解質繊維をコーティングすることです。 このようなダイアフラムは内部抵抗が低く、繊維関連ダイアフラムの機械的支持効果が優れています。 優れており、使用中に横隔膜の細孔を塞ぐ傾向が低くなります。

コーティング後、ダイヤフラムは良好な安定性を示します。 比較的高温でも収縮・変形しにくく、短絡の原因になります。 清華大学材料材料学部のNanCewen研究グループの技術サポートによってサポートされている江蘇青島エネルギー株式会社は、この点でいくつかの代表者を持っています。 動作中のダイヤフラムを下図に示します。

電解質

電解質は、急速充電リチウムイオン電池の性能に大きな影響を与えます。 急速充電および大電流下でのバッテリーの安定性と安全性を確保するために、電解質は次の特性を満たす必要があります：A）分解できない、B）高い導電率、C）正および負の材料に対して不活性。 反応または溶解します。

これらの要件を満たしたい場合、重要なのは添加剤と機能性電解質を使用することです。 例えば、三元急速充電電池の安全性は大きな影響を受けますが、ある程度の安全性を高めるためには、さまざまな耐高温・難燃・過充電防止剤を添加する必要があります。 チタン酸リチウム電池の古くて難しい問題である高温鼓腸も、高温機能性電解質によって改善する必要があります。

バッテリー構造の設計

典型的な最適化戦略は、スタックVS巻線タイプです。 スタックバッテリーの電極は並列関係に相当し、巻線タイプは直列接続に相当します。 したがって、前者の内部抵抗ははるかに小さく、電力タイプにより適しています。 機会。

さらに、内部抵抗と熱放散の問題を解決するために、タブの数に努力を払うことができます。 さらに、高導電性電極材料の使用、より導電性の高い薬剤の使用、およびより薄い電極のコーティングも検討できる戦略です。

要するに、電池内の充電の動きと電極穴の挿入速度に影響を与える要因は、リチウムイオン電池の急速充電能力に影響を与えます。

主流メーカー向けの急速充電技術ルートの概要

寧徳時代

正極に関しては、CATLはリン酸鉄リチウムに優れた電子伝導性を持たせる「超電子ネットワーク」技術を開発しました。 負極のグラファイト表面では、「高速イオンリング」技術を使用してグラファイトを改質し、改質されたグラファイトは超高速充電と高エネルギーの両方を考慮に入れています。エネルギー密度の特性により、負極には過剰なバイがなくなります。急速充電中の製品であるため、4〜5Cの急速充電容量を備え、10〜15分の急速充電と充電を実現し、70wh / kgを超えるシステムレベルのエネルギー密度を確保し、10,000サイクルの寿命を実現します。

熱管理に関しては、その熱管理システムは、さまざまな温度とSOCでの固定化学システムの「正常な充電間隔」を完全に認識し、リチウムイオン電池の動作温度を大幅に拡大します。

透かし

ウォーターマは最近あまり良くないので、テクノロジーについて話しましょう。 Watermaは、より小さな粒子サイズのリン酸鉄リチウムを使用しています。 現在、市場に出回っている一般的なリン酸鉄リチウムの粒子サイズは300〜600 nmですが、Watermaは100〜300 nmのリン酸鉄リチウムしか使用していないため、リチウムイオンの移動速度が速いほど、電流を大きくすることができます。充電および放電。 バッテリー以外のシステムについては、熱管理システムの設計とシステムの安全性を強化してください。

マイクロパワー

当初、Weihong Powerは、負極材料として、急速充電と大電流に耐えることができるスピネル構造のチタン酸リチウム+多孔質複合カーボンを選択しました。 急速充電中のバッテリーの安全性に対する高電力電流の脅威を防ぐために、Weihong Powerは、不燃性電解質、高多孔性および高透過性ダイアフラム技術とSTLインテリジェント熱制御流体技術を組み合わせて、バッテリーの安全性を確保できますバッテリーが急速に充電されたとき。

2017年には、高容量・高出力のマンガン酸リチウムカソード材料を使用し、単一エネルギー密度が170wh / kgで、15分間の急速充電を実現する新世代の高エネルギー密度電池を発表しました。 目標は、生命と安全の問題を考慮に入れることです。

朱海陰龍

チタン酸リチウムアノードは、その広い動作温度範囲と大きな放電率で知られています。 特定の技術的方法に関する明確なデータはありません。 展示会のスタッフと話をすると、急速充電で10℃、寿命は20,000万倍と言われています。

急速充電技術の未来

電気自動車の急速充電技術が歴史的な方向性であろうと短命な現象であろうと、実際、現在はさまざまな意見があり、結論は出ていません。 走行距離の不安を解決するための代替方法として、バッテリーのエネルギー密度と全体的な車両コストを備えた同じプラットフォームで検討されています。

同じバッテリーでのエネルギー密度と急速充電性能は、相容れないXNUMXつの方向であると言え、同時に達成することはできません。 現在、バッテリーのエネルギー密度の追求が主流です。 エネルギー密度が十分に高く、車両のバッテリー容量がいわゆる「範囲の不安」を防ぐのに十分な大きさである場合、バッテリーレートの充電性能に対する要求は減少します。 同時に、バッテリーの電力が大きい場合、キロワット時あたりのバッテリーのコストが十分に低くない場合、それは必要ですか？ Ding Kemaoが「心配しない」のに十分な電力を購入するには、消費者が選択する必要があります。 あなたがそれについて考えるならば、急速充電は価値があります。 もう一つの見方は、急速充電設備のコストです。これはもちろん、電化を促進するための社会全体のコストの一部です。

急速充電技術を大規模に推進できるかどうか、急速に発展するエネルギー密度と急速充電技術、そしてコストを削減するXNUMXつの技術が、将来的に決定的な役割を果たす可能性があります。