Литий-ионды аккумуляторлар «тербелетін орындық типті» батареялар деп аталады. Зарядталған иондар зарядты тасымалдауды жүзеге асыру және сыртқы тізбектерге қуат беру немесе сыртқы қуат көзінен зарядтау үшін оң және теріс электродтар арасында қозғалады.

Арнайы зарядтау процесінде аккумулятордың екі полюсіне сыртқы кернеу қолданылады, ал литий иондары оң электрод материалынан бөлініп, электролитке түседі. Бұл кезде артық электрондар оң ток жинағыштан өтіп, сыртқы контур арқылы теріс электродқа ауысады; литий иондары электролитте болады. Ол оң электродтан теріс электродқа ауысады, диафрагма арқылы теріс электродқа өтеді; теріс электродтың бетінен өтетін SEI пленкасы теріс электродтың графиттік қабатты құрылымына еніп, электрондармен біріктіріледі.

Иондар мен электрондардың жұмысы барысында зарядтың тасымалдануына әсер ететін батарея құрылымы электрохимиялық немесе физикалық болсын, жылдам зарядтау өнімділігіне әсер етеді.

Аккумулятордың барлық бөліктері үшін жылдам зарядтау талаптары

Батареяларға қатысты, қуат өнімділігін жақсартқыңыз келсе, оң электродты, теріс электродты, электролитті, сепараторды және құрылымдық дизайнды қоса алғанда, батареяның барлық аспектілерінде көп жұмыс істеу керек.

оң электрод

Шын мәнінде, жылдам зарядталатын батареяларды жасау үшін катодты материалдардың барлық дерлік түрлерін қолдануға болады. Кепілдендірілетін маңызды қасиеттерге өткізгіштік (ішкі кедергіні азайту), диффузия (реакция кинетикасын қамтамасыз ету), қызмет ету мерзімі (түсіндірмеу) және қауіпсіздік (түсіндірмеу) жатады. Өңдеудің дұрыс өнімділігі (бетінің ауданы тым көп болмауы керек). жанама реакцияларды азайту және қауіпсіздікті қамтамасыз ету үшін үлкен).

Әрине, әрбір нақты материал үшін шешілетін мәселелер әртүрлі болуы мүмкін, бірақ біздің ортақ катодтық материалдарымыз бұл талаптарды бірқатар оңтайландырулар арқылы қанағаттандыра алады, бірақ әртүрлі материалдар да әртүрлі:

A. Литий темір фосфаты өткізгіштік пен төмен температура мәселелерін шешуге көбірек бағытталған болуы мүмкін. Көміртекті жабындарды, қалыпты наноизацияны (оның орташа екенін ескеріңіз, ол неғұрлым ұсақ болса, соғұрлым жақсы деген қарапайым логика емес) және бөлшектердің бетінде иондық өткізгіштердің пайда болуы – ең типтік стратегиялар.

B. Үштік материалдың өзі салыстырмалы түрде жақсы электрөткізгіштікке ие, бірақ оның реактивтілігі тым жоғары, сондықтан үштік материалдар нано-масштабты жұмыстарды сирек орындайды (нано-заттандыру материалдың өнімділігін жақсарту үшін панацея тәрізді антидот емес, әсіресе Батареялар өрісі Қытайда кейде көптеген анти-пайдаланулар бар), қауіпсіздікке және жанама реакцияларды (электролитпен) басуға көбірек көңіл бөлінеді. Ақыр соңында, үштік материалдардың ағымдағы қызмет ету мерзімі қауіпсіздікте жатыр, ал аккумуляторлық қауіпсіздік апаттары да жиі орын алды. Жоғары талаптар қойыңыз.

C. Литий манганаты қызмет ету мерзімі бойынша маңыздырақ. Сондай-ақ нарықта литий-манганат негізіндегі жылдам зарядталатын көптеген батареялар бар.

теріс электрод

Литий-ионды батарея зарядталғанда, литий теріс электродқа ауысады. Жылдам зарядтау мен үлкен токтан туындаған шамадан тыс жоғары потенциал теріс электрод потенциалының теріс болуын тудырады. Бұл кезде теріс электродтың литийді тез қабылдау қысымы артады, ал литий дендриттерін генерациялау тенденциясы артады. Сондықтан теріс электрод жылдам зарядтау кезінде литий диффузиясын ғана қанағаттандырмауы керек. Литий-ионды батареяның кинетикалық талаптары литий дендриттерінің жоғарылау үрдісінен туындаған қауіпсіздік мәселесін де шешуі керек. Сондықтан жылдам зарядтау ядросының маңызды техникалық қиындығы теріс электродқа литий иондарын енгізу болып табылады.

A. Қазіргі уақытта нарықтағы басым теріс электрод материалы әлі де графит болып табылады (нарық үлесінің шамамен 90% құрайды). Негізгі себебі арзан, және кешенді өңдеу өнімділігі мен графиттің энергия тығыздығы салыстырмалы түрде жақсы, салыстырмалы түрде аз кемшіліктері бар. . Әрине, графит теріс электродпен де проблемалар бар. Беткей электролитке салыстырмалы түрде сезімтал, ал литийдің интеркалация реакциясы күшті бағыттылыққа ие. Сондықтан графит бетінің құрылымдық тұрақтылығын жақсарту және субстраттағы литий иондарының диффузиясына ықпал ету үшін көп жұмыс істеу маңызды. бағыт.

B. Қатты көміртекті және жұмсақ көміртекті материалдар да соңғы жылдары көп дамуды көрді: қатты көміртекті материалдарда литийді енгізу потенциалы жоғары және материалдарда микрокеуектер бар, сондықтан реакция кинетикасы жақсы; және жұмсақ көміртекті материалдар электролитпен жақсы үйлесімділікке ие, MCMB Материалдар да өте репрезентативті, бірақ қатты және жұмсақ көміртекті материалдардың тиімділігі төмен және құны жоғары (және графит бірдей арзан деп елестетіңіз, мен ол емес деп қорқамын. өнеркәсіптік тұрғыдан үмітті), сондықтан ағымдағы тұтыну графиттен әлдеқайда аз және батареяда кейбір мамандықтарда көбірек қолданылады.

C. Литий титанаты туралы не айтасыз? Қысқаша айтқанда: литий титанатының артықшылықтары жоғары қуат тығыздығы, қауіпсіз және айқын кемшіліктер болып табылады. Энергия тығыздығы өте төмен, ал Wh есептегенде құны жоғары. Сондықтан литий титанатты батареяның көзқарасы белгілі бір жағдайларда артықшылықтары бар пайдалы технология болып табылады, бірақ ол жоғары баға мен круиздік ауқымды қажет ететін көптеген жағдайларға жарамайды.

D. Кремний анодтық материалдар маңызды даму бағыты болып табылады және Panasonic-тің жаңа 18650 батареясы осындай материалдардың коммерциялық процесін бастады. Дегенмен, нанометрлік өнімділікке ұмтылу мен аккумулятор өнеркәсібіне қатысты материалдардың микрон деңгейіндегі жалпы талаптары арасындағы тепе-теңдікке қалай жетуге болатыны әлі де күрделі мәселе болып табылады.

Диафрагма

Қуат типті аккумуляторларға қатысты жоғары токпен жұмыс істеу олардың қауіпсіздігі мен қызмет ету мерзіміне жоғары талаптар қояды. Диафрагманы жабу технологиясын айналып өту мүмкін емес. Керамикалық жабынмен қапталған диафрагмалар олардың жоғары қауіпсіздігі мен электролиттегі қоспаларды тұтыну қабілетіне байланысты тез итеріледі. Атап айтқанда, үштік батареялардың қауіпсіздігін арттырудың әсері ерекше.

Қазіргі уақытта керамикалық диафрагмалар үшін қолданылатын ең маңызды жүйе – дәстүрлі диафрагмалардың бетіне алюминий тотығы бөлшектерін жабу. Салыстырмалы түрде жаңа әдіс – қатты электролит талшықтарын диафрагмаға жабу. Мұндай диафрагмалардың ішкі кедергісі төмен, ал талшықпен байланысты диафрагмалардың механикалық қолдау әсері жақсырақ. Өте жақсы және қызмет көрсету кезінде диафрагма саңылауларын жабу үрдісі төмен.

Жабудан кейін диафрагма жақсы тұрақтылыққа ие. Температура салыстырмалы түрде жоғары болса да, оның қысқаруы және деформациялануы және қысқа тұйықталу оңай емес. Цинхуа университетінің Материалдар мен материалдар мектебінің Нан Цэвэн зерттеу тобының техникалық қолдауымен Jiangsu Qingtao Energy Co., Ltd. компаниясының осыған қатысты өкілдері бар. Жұмыс істеп тұрған диафрагма төмендегі суретте көрсетілген.

Электролит

Электролит жылдам зарядталатын литий-ионды батареялардың жұмысына үлкен әсер етеді. Жылдам зарядтау кезінде және жоғары ток кезінде батареяның тұрақтылығы мен қауіпсіздігін қамтамасыз ету үшін электролит келесі сипаттамаларға жауап беруі керек: A) ыдырауға болмайды, B) жоғары өткізгіштік және C) оң және теріс материалдарға инертті. Реакциялаңыз немесе ерітіңіз.

Егер сіз осы талаптарды орындағыңыз келсе, ең бастысы – қоспалар мен функционалды электролиттерді пайдалану. Мысалы, үш реттік жылдам зарядталатын аккумуляторлардың қауіпсіздігіне ол үлкен әсер етеді және оның қауіпсіздігін белгілі бір дәрежеде жақсарту үшін оларға жоғары температураға қарсы, жалынға қарсы, шамадан тыс зарядтауға қарсы әртүрлі қоспаларды қосу қажет. Литий титанатты аккумуляторлардың ескі және күрделі мәселесі, жоғары температурадағы метеоризм, сонымен қатар жоғары температуралы функционалды электролит арқылы жақсартылуы керек.

Батарея құрылымының дизайны

Әдеттегі оңтайландыру стратегиясы жинақталған VS орамасының түрі болып табылады. Жинақталған аккумулятордың электродтары параллель қатынасқа, ал орама түрі тізбекті қосылымға тең. Сондықтан біріншісінің ішкі кедергісі әлдеқайда аз және ол қуат түріне қолайлы. жағдай.

Сонымен қатар, ішкі қарсылық пен жылуды бөлу мәселелерін шешу үшін қойындылар санына күш салуға болады. Сонымен қатар, жоғары өткізгіштігі бар электродтық материалдарды пайдалану, көбірек өткізгіш агенттерді пайдалану және жұқа электродтарды жабу да қарастырылуы мүмкін стратегиялар болып табылады.

Қысқасы, аккумулятор ішіндегі заряд қозғалысына және электрод саңылауларын енгізу жылдамдығына әсер ететін факторлар литий-ионды батареялардың жылдам зарядтау қабілетіне әсер етеді.

Негізгі өндірушілер үшін жылдам зарядтау технологиясының бағыттарына шолу

Ниндэ дәуірі

Оң электродқа қатысты CATL «суперэлектрондық желі» технологиясын әзірледі, бұл литий темір фосфатының тамаша электронды өткізгіштігіне ие етеді; теріс электродтың графит бетінде графитті түрлендіру үшін «жылдам иондық сақина» технологиясы қолданылады, ал модификацияланған графит өте жылдам зарядтауды да, жоғары да ескереді. өнімдерді жылдам зарядтау кезінде 4-5С жылдам зарядтау сыйымдылығына ие болуы үшін, 10-15 минут жылдам зарядтау мен зарядтауды жүзеге асырады және жүйенің энергия тығыздығын 70 Вт/кг-дан жоғары деңгейде қамтамасыз ете алады, 10,000 XNUMX Циклдың қызмет ету мерзіміне жетеді.

Жылумен басқару тұрғысынан оның жылуды басқару жүйесі литий-ионды аккумуляторлардың жұмыс температурасын едәуір кеңейтетін әртүрлі температуралар мен SOCs кезінде тіркелген химиялық жүйенің «сау зарядтау аралығын» толығымен таниды.

Ватерма

Ватерма соңғы кездері онша жақсы емес, тек технология туралы сөйлесейік. Waterma бөлшектерінің өлшемі кішірек литий темір фосфатын пайдаланады. Қазіргі уақытта нарықтағы қарапайым литий темір фосфатының бөлшектерінің мөлшері 300-ден 600 нм-ге дейін, ал Waterma тек 100-ден 300 нм-ге дейінгі литий темір фосфатын пайдаланады, сондықтан литий иондары болады. Миграция жылдамдығы неғұрлым жылдам болса, ток соғұрлым үлкен болуы мүмкін. зарядталған және разрядталған. Батареялардан басқа жүйелер үшін жылуды басқару жүйелерінің дизайнын және жүйе қауіпсіздігін күшейтіңіз.

Микроқуат

Алғашқы күндерде Weihong Power теріс электрод материалы ретінде жылдам зарядтауға және жоғары токқа төтеп бере алатын шпинель құрылымы бар литий титанатты + кеуекті композитті көміртекті таңдады; Жылдам зарядтау кезінде аккумулятордың қауіпсіздігіне жоғары қуат ағынының қаупін болдырмау үшін Weihong Power жанбайтын электролит, жоғары кеуекті және жоғары өткізгіш диафрагма технологиясын және STL интеллектуалды жылуды басқару сұйықтық технологиясын біріктіреді, ол аккумулятордың қауіпсіздігін қамтамасыз ете алады. батарея тез зарядталғанда.

2017 жылы ол қуатты және жоғары қуатты литий манганат катодты материалдарын қолданатын, бір реттік энергия тығыздығы 170 Вт/сағ және 15 минуттық жылдам зарядтауға қол жеткізетін жоғары қуатты тығыздықтағы батареялардың жаңа буынын жариялады. Мақсат – өмір мен қауіпсіздік мәселелерін ескеру.

Чжухай Инлун

Литий титанатты анод жұмыс температурасының кең диапазоны және үлкен заряд-разряд жылдамдығымен танымал. Нақты техникалық әдістер туралы нақты деректер жоқ. Көрме қызметкерлерімен сөйлескенде, оның жылдам заряды 10С-қа жетеді және қызмет ету ұзақтығы 20,000 XNUMX есеге жетеді.

Жылдам зарядтау технологиясының болашағы

Электр көліктерін жылдам зарядтау технологиясы тарихи бағыт па, әлде ұзаққа созылған құбылыс па, шын мәнінде, қазір әртүрлі пікірлер айтылып, қорытынды жоқ. Жүгіру туралы алаңдаушылықты шешудің балама әдісі ретінде ол батарея қуатының тығыздығы мен көліктің жалпы құнымен бір платформада қарастырылады.

Бір батареядағы энергия тығыздығы мен жылдам зарядтау өнімділігі екі үйлесімсіз бағыт деп айтуға болады және бір уақытта қол жеткізу мүмкін емес. Батареяның энергия тығыздығына ұмтылу қазіргі уақытта негізгі бағыт болып табылады. Энергия тығыздығы жеткілікті жоғары болғанда және көлік құралының аккумулятор сыйымдылығы «диапазон мазасыздану» деп аталатын жағдайдың алдын алу үшін жеткілікті үлкен болғанда, аккумулятордың зарядтау жылдамдығына сұраныс төмендейді; сонымен бірге, егер аккумулятордың қуаты үлкен болса, бір киловатт-сағаттық батареяның құны жеткіліксіз болса, онда бұл қажет пе? Дин Кемаоның «уайымдамауға» жеткілікті болатын электр энергиясын сатып алуы тұтынушылардан таңдау жасауды талап етеді. Егер сіз бұл туралы ойласаңыз, жылдам зарядтаудың мәні бар. Тағы бір көзқарас – жылдам зарядтау қондырғыларының құны, бұл, әрине, электрлендіруді ынталандыру үшін бүкіл қоғамның құнының бөлігі болып табылады.

Жылдам зарядтау технологиясын кең ауқымда ілгерілетуге бола ма, тез дамып келе жатқан энергия тығыздығы мен жылдам зарядтау технологиясы және шығындарды азайтатын екі технология оның болашағында шешуші рөл атқаруы мүмкін.