리튬 이온 배터리는 “흔들 의자형” 배터리라고 합니다. 대전된 이온은 양극과 음극 사이를 이동하여 전하 이동을 실현하고 외부 회로에 전원을 공급하거나 외부 전원에서 충전합니다.

특정 충전 과정에서 외부 전압이 배터리의 두 극에 인가되고 리튬 이온이 양극 물질에서 추출되어 전해질로 들어갑니다. 동시에 과잉 전자는 양극 집전체를 통과하여 외부 회로를 통해 음극으로 이동합니다. 리튬 이온은 전해질에 있습니다. 양극에서 음극으로 이동하여 다이어프램을 통해 음극으로 이동합니다. 음극의 표면을 통과하는 SEI막은 음극의 흑연층 구조에 매립되어 전자와 결합한다.

이온과 전자의 작동 전반에 걸쳐 전기 화학적이든 물리적이든 전하 이동에 영향을 미치는 배터리 구조는 급속 충전 성능에 영향을 미칩니다.

The requirements of fast charging for all parts of the battery

배터리와 관련하여 전력 성능을 향상시키려면 양극, 음극, 전해질, 분리막, 구조 설계 등 배터리의 모든 면에서 노력해야 합니다.

양극

실제로 거의 모든 종류의 양극 재료를 사용하여 급속 충전 배터리를 만들 수 있습니다. 보장해야 하는 중요한 특성에는 전도도(내부 저항 감소), 확산(반응 역학 보장), 수명(설명하지 않음) 및 안전성(설명하지 않음) 등이 포함됩니다. 적절한 처리 성능(비표면적이 너무 작아서는 안 됨) 부작용을 줄이고 안전을 제공하기 위해 큼).

물론 특정 재료마다 해결해야 할 문제가 다를 수 있지만 일반적인 양극 재료는 일련의 최적화를 통해 이러한 요구 사항을 충족할 수 있지만 재료도 다릅니다.

A. 인산철리튬은 전도도 및 저온 문제를 해결하는 데 더 중점을 둘 수 있습니다. 탄소 코팅, 적당한 나노화(중간 정도, 미세할수록 좋다는 단순한 논리가 아님에 유의) 및 입자 표면에 이온 전도체를 형성하는 것이 가장 일반적인 전략입니다.

B. XNUMX원 물질 자체는 상대적으로 전기 전도성이 높지만 반응성이 너무 높아서 XNUMX원 물질은 나노 규모의 작업을 거의 수행하지 않습니다(나노화는 특히 물질 성능 향상에 대한 만병 통치약과 같은 해독제가 아닙니다. 배터리 분야 중국에서는 가끔 사용금지가 많은 편임), 안전성과 부반응 억제(전해액 사용)에 더욱 신경을 쓰고 있다. 결국 XNUMX원 물질의 현재 수명은 안전에 달려 있으며 최근 배터리 안전 사고도 빈번하게 발생하고 있습니다. 더 높은 요구 사항을 제시하십시오.

C. 망간산리튬은 수명 측면에서 더 중요합니다. 또한 시장에는 많은 리튬 망간산염 기반 급속 충전 배터리가 있습니다.

음극

When a lithium-ion battery is charged, lithium migrates to the negative electrode. The excessively high potential caused by fast charging and large current will cause the negative electrode potential to be more negative. At this time, the pressure of the negative electrode to quickly accept lithium will increase, and the tendency to generate lithium dendrites will increase. Therefore, the negative electrode must not only satisfy the lithium diffusion during fast charging. The kinetics requirements of the lithium ion battery must also solve the safety problem caused by the increased tendency of lithium dendrites. Therefore, the important technical difficulty of the fast charging core is the insertion of lithium ions in the negative electrode.

A. At present, the dominant negative electrode material in the market is still graphite (accounting for about 90% of the market share). The fundamental reason is cheap, and the comprehensive processing performance and energy density of graphite are relatively good, with relatively few shortcomings. . Of course, there are also problems with the graphite negative electrode. The surface is relatively sensitive to the electrolyte, and the lithium intercalation reaction has a strong directionality. Therefore, it is important to work hard to improve the structural stability of the graphite surface and promote the diffusion of lithium ions on the substrate. direction.

B. 경질 탄소 및 연질 탄소 재료도 최근 몇 년 동안 많은 발전을 보였습니다. 경질 탄소 재료는 리튬 삽입 가능성이 높고 재료에 미세 기공이 있으므로 반응 속도가 좋습니다. 그리고 연질탄소재료는 전해질과의 상용성이 좋고, MCMB재료도 대표적인 것이지만 경질탄소재료와 연질탄소재료는 일반적으로 효율이 낮고 비용이 비싸다. 산업적 관점에서 희망적임), 따라서 전류 소비는 흑연보다 훨씬 적고 일부 전문 분야에서는 배터리에 더 많이 사용됩니다.

C. How about lithium titanate? To put it briefly: the advantages of lithium titanate are high power density, safer, and obvious disadvantages. The energy density is very low, and the cost is high when calculated by Wh. Therefore, the viewpoint of lithium titanate battery is a useful technology with advantages in specific occasions, but it is not suitable for many occasions that require high cost and cruising range.

D. 실리콘 양극 재료는 중요한 개발 방향이며 Panasonic의 새로운 18650 배터리는 이러한 재료의 상업화 공정을 시작했습니다. 그러나 나노미터 성능 추구와 배터리 산업 관련 재료의 일반적인 마이크론 수준 요구 사항 간의 균형을 달성하는 방법은 여전히 ​​더 어려운 과제입니다.

횡격막

전원형 배터리의 경우 고전류 작동으로 인해 안전성과 수명에 대한 요구 사항이 높아집니다. 다이어프램 코팅 기술은 우회할 수 없습니다. 세라믹 코팅된 다이어프램은 높은 안전성과 전해질의 불순물을 소비하는 능력 때문에 빠르게 밀려나고 있습니다. 특히 XNUMX원 전지의 안전성 향상 효과가 특히 크다.

현재 세라믹 다이어프램에 사용되는 가장 중요한 시스템은 기존 다이어프램 표면에 알루미나 입자를 코팅하는 것입니다. 비교적 새로운 방법은 다이어프램에 고체 전해질 섬유를 코팅하는 것입니다. 이러한 다이어프램은 내부 저항이 낮고 섬유 관련 다이어프램의 기계적 지지 효과가 더 좋습니다. 우수하며 사용 중 다이어프램 기공을 막는 경향이 낮습니다.

After coating, the diaphragm has good stability. Even if the temperature is relatively high, it is not easy to shrink and deform and cause a short circuit. Jiangsu Qingtao Energy Co., Ltd. supported by the technical support of the Nan Cewen research group of the School of Materials and Materials of Tsinghua University has some representative in this regard. Working, the diaphragm is shown in the figure below.

전해질

전해질은 급속 충전 리튬 이온 배터리의 성능에 큰 영향을 미칩니다. 급속 충전 및 고전류에서 배터리의 안정성과 안전성을 보장하려면 전해질이 다음 특성을 충족해야 합니다. A) 분해될 수 없음, B) 높은 전도성, C) 양극 및 음극 물질에 대해 불활성입니다. 반응하거나 용해하십시오.

이러한 요구 사항을 충족하려면 첨가제와 기능성 전해질을 사용하는 것이 핵심입니다. 예를 들어 XNUMX원 급속충전 전지는 안전성에 큰 영향을 미치며, 안전성을 어느 정도 향상시키기 위해서는 각종 항고온, 난연, 과충전 방지 첨가제를 첨가할 필요가 있다. 리튬 티타네이트 배터리의 오래되고 어려운 문제, 고온 헛배 부름도 고온 기능 전해질로 개선해야합니다.

배터리 구조 설계

일반적인 최적화 전략은 스택 VS 권선 유형입니다. 적층 전지의 전극은 병렬 관계에 해당하고 권선형은 직렬 연결에 해당합니다. 따라서 전자의 내부 저항이 훨씬 작고 전원 유형에 더 적합합니다. 기회.

또한 내부 저항 및 방열 문제를 해결하기 위해 탭 수에 대한 노력을 기울일 수 있습니다. 또한, 전도성이 높은 전극 재료를 사용하고, 더 많은 도전제를 사용하고, 더 얇은 전극을 코팅하는 것도 고려할 수 있는 전략입니다.

요컨대 배터리 내부의 전하이동과 전극홀의 삽입속도에 영향을 미치는 요인들이 리튬이온 배터리의 급속충전 능력에 영향을 미치게 된다.

주류 제조업체를 위한 고속 충전 기술 경로 개요

Ningde era

양극과 관련하여 CATL은 리튬 인산철을 우수한 전자 전도성으로 만드는 “초 전자 네트워크”기술을 개발했습니다. 음극 흑연 표면에서 “고속 이온 링”기술을 사용하여 흑연을 수정하고 수정 된 흑연은 초고속 충전 및 고에너지 밀도를 모두 고려합니다. 에너지 밀도의 특성으로 음극은 더 이상 과도하지 않습니다. 급속 충전 중 제품은 4-5C 급속 충전 용량을 가지며 10-15분 급속 충전 및 충전을 실현하고 시스템 수준의 에너지 밀도를 70wh/kg 이상으로 보장하여 10,000 사이클 수명을 달성합니다.

열 관리 측면에서 열 관리 시스템은 다양한 온도 및 SOC에서 고정 화학 시스템의 “건강한 충전 간격”을 완전히 인식하여 리튬 이온 배터리의 작동 온도를 크게 확장합니다.

워터마

Waterma는 최근에 그다지 좋지 않습니다. 기술에 대해 이야기합시다. Waterma는 입자 크기가 더 작은 인산철리튬을 사용합니다. 현재 시장에 나와 있는 일반적인 인산철 리튬은 입자 크기가 300~600nm인 반면 Waterma는 100~300nm의 인산철 리튬만을 사용하므로 리튬 이온은 이동 속도가 빠를수록 전류가 커질 수 있습니다. 충전 및 방전. 배터리 이외의 시스템의 경우 열 관리 시스템 및 시스템 안전 설계를 강화합니다.

마이크로 파워

초기에 Weihong Power는 음극 재료로 고속 충전 및 고전류를 견딜 수 있는 스피넬 구조의 리튬 티타네이트 + 다공성 복합 탄소를 선택했습니다. 고속 충전 중 배터리 안전에 대한 고전력 전류의 위협을 방지하기 위해 Weihong Power 불연성 전해질, 고다공성 및 고투과성 격막 기술과 STL 지능형 열 제어 유체 기술을 결합하여 배터리의 안전을 보장할 수 있습니다. 배터리가 빠르게 충전될 때.

2017년에는 고용량 및 고출력 망간산리튬 양극재를 사용하여 단일 에너지 밀도가 170wh/kg이고 15분 급속 충전을 달성하는 차세대 고에너지 밀도 배터리를 발표했습니다. 목표는 생명과 안전 문제를 고려하는 것입니다.

주하이 인룽

리튬 티타네이트 양극은 넓은 작동 온도 범위와 큰 충방전 속도로 알려져 있습니다. 구체적인 기술적 방법에 대한 명확한 데이터는 없습니다. 전시장 직원들과 이야기를 나누면 급속 충전은 10C, 수명은 20,000회라고 합니다.

고속 충전 기술의 미래

전기차의 급속충전 기술이 역사적 방향인지 단기적인 현상인지는 사실 현재도 의견이 분분하고 결론은 없다. 주행거리 불안을 해결하기 위한 대안으로 배터리 에너지 밀도와 전체 차량 비용이 동일한 플랫폼에서 고려된다.

동일한 배터리에서 에너지 밀도와 고속 충전 성능은 양립할 수 없는 두 방향이라고 할 수 있으며 동시에 달성할 수 없습니다. 배터리 에너지 밀도 추구는 현재 주류입니다. 에너지 밀도가 충분히 높고 차량의 배터리 용량이 소위 “범위 불안”을 방지할 만큼 충분히 크면 배터리 요금 충전 성능에 대한 수요가 감소합니다. 동시에 배터리 전력이 크면 킬로와트시당 배터리 비용이 충분히 낮지 않다면 필요합니까? Ding Kemao가 “불안하지 않음”에 충분한 전력을 구매하려면 소비자가 선택을 해야 합니다. 생각해보면 고속충전은 가치가 있습니다. 또 다른 관점은 급속충전시설 비용인데, 이는 물론 사회 전체가 전기화를 추진하는 데 드는 비용의 일부다.

급속 충전 기술이 대규모로 추진될 수 있는지 여부는 에너지 밀도와 빠르게 발전하는 급속 충전 기술, 그리고 비용을 절감하는 두 가지 기술이 미래에 결정적인 역할을 할 수 있다.