Литий-иондук батарейкалар “термелүүчү отургуч типтеги” батареялар деп аталат. Заряддалган иондор оң жана терс электроддор арасында жылышып, зарядды өткөрүү жана тышкы чынжырларга кубат берүү же тышкы кубат булагынан заряддоону ишке ашырат.

Белгилүү бир заряддоо процессинде батареянын эки уюлуна тышкы чыңалуу колдонулат, ал эми литий иондору оң электроддук материалдан алынып, электролитке кирет. Ошол эле учурда ашыкча электрондор позитивдүү ток коллекторунан өтүп, тышкы чынжыр аркылуу терс электродго өтөт; литий иондору электролитте болот. Ал оң электроддон терс электродго өтүп, диафрагма аркылуу терс электродго өтөт; терс электроддун бетинен өткөн SEI пленкасы терс электроддун графит катмарлуу структурасына салынып, электрондор менен биригет.

Иондордун жана электрондордун иштеши учурунда заряддын өтүшүнө таасир этүүчү батареянын түзүлүшү, электрохимиялык же физикалык болсун, тез кубаттоо көрсөткүчүнө таасир этет.

Батареянын бардык бөлүктөрүн тез кубаттоо талаптары

Батареяларга келсек, эгер сиз кубаттуулукту жакшыртууну кааласаңыз, анда батареянын бардык аспектилеринде, анын ичинде оң электроддо, терс электроддо, электролитте, сепаратордо жана структуралык дизайнда талыкпай иштешиңиз керек.

оң электрод

Чынында, катоддук материалдардын дээрлик бардык түрлөрүн тез заряддоочу батареяларды жасоо үчүн колдонсо болот. Кепилдениши керек болгон маанилүү касиеттерге өткөргүчтүк (ички каршылыкты азайтуу), диффузия (реакция кинетикасын камсыз кылуу), жашоо (түшүндүрбө) жана коопсуздук (түшүндүрбө) кирет. терс реакцияларды азайтуу жана коопсуздукту камсыз кылуу үчүн чоң).

Албетте, ар бир конкреттүү материал үчүн чечиле турган көйгөйлөр ар кандай болушу мүмкүн, бирок биздин жалпы катоддук материалдар бул талаптарга бир катар оптималдаштыруу аркылуу жооп бере алат, бирок ар кандай материалдар да ар түрдүү:

A. Литий темир фосфат өткөргүчтүк жана төмөнкү температура көйгөйлөрүн чечүүгө көбүрөөк багытталган болушу мүмкүн. Көмүртек менен каптоо, орточо наноизациялоо (бул орточо экенин эске алыңыз, бул, албетте, канчалык майда болсо, ошончолук жакшы деген жөнөкөй логика эмес) жана бөлүкчөлөрдүн бетинде ион өткөргүчтөрдүн пайда болушу эң типтүү стратегиялар.

B. Үчтүк материалдын өзү салыштырмалуу жакшы электр өткөрүмдүүлүккө ээ, бирок анын реактивдүүлүгү өтө жогору, ошондуктан тернардык материалдар нано масштабдуу иштерди чанда гана аткарышат (нано-тазалоо материалдын натыйжалуулугун жакшыртуу үчүн панацея сыяктуу антидот эмес, өзгөчө Батарея талаасы Кээде Кытайда көптөгөн антиколдонуулар бар), коопсуздукка жана терс реакцияларды басууга көбүрөөк көңүл бурулат (электролит менен). Анткени, үчтүк материалдардын учурдагы өмүрү коопсуздукта турат жана акыркы батареянын коопсуздук кырсыктары да көп кездешет. Алдыга жогорку талаптарды кой.

C. Литий манганаты кызмат мөөнөтү жагынан маанилүү болуп саналат. Ошондой эле рынокто литий манганатка негизделген тез заряддалуучу батареялар көп.

терс электрод

Литий-иондук батарея заряддалганда, литий терс электродго өтөт. Тез кубаттоо жана чоң ток менен шартталган өтө жогору потенциал терс электроддук потенциалдын терс болушуна алып келет. Бул учурда литийди тез кабыл алуу үчүн терс электроддун басымы жогорулап, литий дендриттерин пайда кылуу тенденциясы күчөйт. Демек, терс электрод тез кубаттоо учурунда литийдин диффузиясын гана канааттандырбашы керек. Литий-иондук батареянын кинетикалык талаптары литий дендриттеринин көбөйүү тенденциясы менен шартталган коопсуздук маселесин да чечиши керек. Ошондуктан, тез заряддоо ядронун маанилүү техникалык кыйынчылык терс электроддо литий иондорун киргизүү болуп саналат.

A. Азыркы учурда, рынокто үстөмдүк терс электрод материал дагы графит (рыноктун үлүшүнүн болжол менен 90% түзөт). Негизги себеби арзан, ал эми комплекстүү иштетүү көрсөткүчтөрү жана графиттин энергетикалык тыгыздыгы салыштырмалуу жакшы, салыштырмалуу азыраак кемчиликтери бар. . Албетте, графит терс электрод менен да көйгөйлөр бар. Бети электролитке салыштырмалуу сезгич жана литийдин интеркалация реакциясы күчтүү багыттуулукка ээ. Демек, графиттин бетинин структуралык туруктуулугун жакшыртуу жана субстраттагы литий иондорунун диффузиясына көмөктөшүү үчүн көп күч-аракет жумшоо маанилүү. багыт.

B. Катуу көмүртек жана жумшак көмүртек материалдары да акыркы жылдарда бир топ өнүгүүнү көрдү: катуу көмүртектүү материалдар литийди киргизүү потенциалы жогору жана материалдарда micropores бар, ошондуктан реакция кинетикасы жакшы; жана жумшак көмүртек материалдары электролит, MCMB менен жакшы шайкеш келет. Материалдар да абдан өкүл, бирок катуу жана жумшак көмүртек материалдары жалпысынан эффективдүүлүгү төмөн жана баасы жогору (жана графит бир эле арзан деп элестетиңиз, мен ал эмес деп корком. өнөр жайлык көз караштан үмүттөнөм), ошондуктан учурдагы керектөө графиттен алда канча аз жана батареяда кээ бир адистиктерде көбүрөөк колдонулат.

C. Литий титанаты жөнүндө эмне айтууга болот? Кыскача айтканда: литий титанаттын артыкчылыктары жогорку кубаттуулуктун тыгыздыгы, коопсузураак жана айкын кемчиликтери. Энергиянын тыгыздыгы өтө төмөн, ал эми Вт менен эсептегенде баасы жогору. Ошондуктан, литий титанаттын батарейкасынын көз карашы белгилүү бир учурларда артыкчылыктары бар пайдалуу технология, бирок ал жогорку бааны жана круиздик диапазонду талап кылган көптөгөн учурларда ылайыктуу эмес.

D. Кремний анод материалдар маанилүү өнүгүү багыты болуп саналат, жана Panasonic жаңы 18650 батарея мындай материалдарды соода жараянын баштады. Бирок, нанометрдик көрсөткүчтөргө умтулуу менен аккумулятор тармагына тиешелүү материалдардын жалпы микрон деңгээлиндеги талаптарынын ортосундагы тең салмактуулукка кантип жетишүү дагы эле татаал маселе.

калпакча

Кубаттуу типтеги батарейкаларга келсек, жогорку ток менен иштөө алардын коопсуздугуна жана иштөө мөөнөтүнө жогорку талаптарды коёт. Диафрагманы каптоо технологиясын айланып өтүүгө болбойт. Керамикалык капталган диафрагмалар, алардын жогорку коопсуздугу жана электролиттеги аралашмаларды керектөө жөндөмдүүлүгүнөн улам тез түртүлүп чыгарылууда. Атап айтканда, үчтүк батареялардын коопсуздугун жогорулатуунун таасири өзгөчө маанилүү.

Учурда керамикалык диафрагмалар үчүн колдонулган эң маанилүү система – бул салттуу диафрагмалардын бетине глинозем бөлүкчөлөрүн каптоо. Салыштырмалуу жаңы ыкма диафрагмага катуу электролит жипчелерин каптоо болуп саналат. Мындай диафрагмалардын ички каршылыгы төмөн, ал эми була менен байланышкан диафрагмалардын механикалык колдоо эффектиси жакшыраак. Эң жакшы жана тейлөө учурунда диафрагма тешикчелерин жаап салуу тенденциясы төмөн.

Капталгандан кийин диафрагма жакшы туруктуулукка ээ. Температура салыштырмалуу жогору болсо да, кичирейип, деформацияланып, кыска туташууну пайда кылуу оңой эмес. Jiangsu Qingtao Energy Co., Ltd. бул жагынан Цинхуа университетинин Материалдар жана материалдар мектебинин Нан Цэвэн изилдөө тобунун техникалык колдоосу менен колдоого алынган. Иштеп жаткан диафрагма төмөндөгү сүрөттө көрсөтүлгөн.

Электролит

Электролит тез кубатталган литий-иондук батарейкалардын иштешине чоң таасирин тийгизет. Батареянын туруктуулугун жана коопсуздугун камсыз кылуу үчүн тез кубаттоо жана жогорку ток учурунда электролит төмөнкүдөй мүнөздөмөлөргө жооп бериши керек: А) ажыроо мүмкүн эмес, Б) жогорку өткөрүмдүүлүк жана В) оң жана терс материалдарга инерттүү. Реакциялоо же эритүү.

Эгерде сиз бул талаптарга жооп бергиңиз келсе, негизги нерсе – кошумчаларды жана функционалдык электролиттерди колдонуу. Маселен, үчтүк тез кубатталган аккумуляторлордун коопсуздугуна ал чоң таасирин тийгизет жана анын коопсуздугун белгилүү бир деңгээлде жакшыртуу үчүн аларга ар кандай жогорку температурага, отко чыдамдуу, ашыкча зарядка каршы кошумчаларды кошуу керек. Литий титанаттын батареяларынын эски жана татаал көйгөйү, жогорку температурадагы метеоризм, ошондой эле жогорку температурадагы функционалдык электролит менен жакшыртылышы керек.

Батареянын структурасын долбоорлоо

Кадимки оптималдаштыруу стратегиясы үйүлгөн VS орогуч түрү болуп саналат. Үйүлгөн батареянын электроддору параллелдүү байланышка барабар, ал эми орогуч түрү сериялык туташууга барабар. Ошондуктан, мурунку ички каршылык алда канча аз жана ал күч түрү үчүн ылайыктуу болуп саналат. учур.

Мындан тышкары, ички каршылык жана жылуулук таркатылышы көйгөйлөрүн чечүү үчүн өтмөктөрдүн саны боюнча аракеттерди көрүүгө болот. Мындан тышкары, жогорку өткөргүчтүктүү электрод материалдарын колдонуу, көбүрөөк өткөрүүчү агенттерди колдонуу жана ичке электроддорду каптоо да каралышы мүмкүн болгон стратегиялар болуп саналат.

Кыскача айтканда, батареянын ичиндеги заряд кыймылына жана электрод тешиктерин киргизүү ылдамдыгына таасир этүүчү факторлор литий-иондук батарейкалардын тез заряддоо жөндөмүнө таасир этет.

Негизги өндүрүүчүлөр үчүн тез кубаттоо технологиясынын жолдоруна сереп салуу

Ningde доору

оң электрод байланыштуу, CATL литий темир phosphate сонун электрондук өткөргүчтүгү бар кылат “супер электрондук тармак” технологиясын, иштелип чыккан; терс электрод графит бетинде, “тез ион шакек” технологиясы графитти өзгөртүү үчүн колдонулат, жана өзгөртүлгөн графит супер тез заряддоо жана жогорку да эске алат Энергия тыгыздыгынын өзгөчөлүктөрү менен, терс электрод мындан ары ашыкча by- тез кубаттоо учурунда өнүмдөрдү, 4-5C тез кубаттоо жөндөмүнө ээ, 10-15 мүнөт тез кубаттоо жана кубаттоо жана системанын энергия тыгыздыгын 70wh / кг жогору камсыз кылып, 10,000 Cycle өмүрүн камсыздай алат.

Жылуулук башкаруу жагынан, анын жылуулук башкаруу системасы толугу менен литий-иондук батарейкалардын иштөө температурасын бир топ кеңейтет, ар кандай температурада жана SOCs туруктуу химиялык системанын “ден соолугун заряддоо аралыгын” тааныйт.

Waterma

Уотерма акыркы убакта анчалык жакшы эмес, технология жөнүндө эле айталы. Waterma кичинекей бөлүкчөлөрүнүн өлчөмү менен литий темир фосфат колдонот. Азыркы учурда, рынокто жалпы литий темир фосфат 300 жана 600 нм ортосундагы бөлүкчөлөрдүн өлчөмү бар, Waterma гана 100 300 нм литий темир фосфат колдонот, ошондуктан литий иондору болот Миграция ылдамдыгы тезирээк, ток ошончолук чоң болушу мүмкүн заряддалган жана разряддалган. Батареялардан башка системалар үчүн жылуулукту башкаруу системаларынын дизайнын жана системанын коопсуздугун күчөтүңүз.

Micro Power

Алгачкы күндөрү Weihong Power терс электрод материалы катары тез кубаттоого жана жогорку агымга туруштук бере турган шпинель түзүлүшү менен литий титанатты + көзөнөктүү композиттүү көмүртекти тандап алган; Тез кубаттоо учурунда батареянын коопсуздугуна жогорку кубаттуулуктагы токтун коркунучун алдын алуу үчүн Weihong Power күйбөгөн электролит, жогорку көзөнөктүү жана жогорку өткөрүмдүүлүк диафрагма технологиясын жана STL акылдуу жылуулук башкаруу суюктук технологиясын бириктирип, батареянын коопсуздугун камсыздай алат. батарея тез заряддалганда.

2017-жылы ал жогорку кубаттуулуктагы жана жогорку кубаттуу литий манганат катод материалдарын колдонуу менен, 170wh/kg бир энергия тыгыздыгы менен жана 15 мүнөттүк тез кубаттоого жетишкен жаңы муундагы жогорку энергиялуу тыгыздыктагы батареяларды жарыялады. Максаты – жашоо жана коопсуздук маселелерин эске алуу.

Чжухай Инлонг

Литий титанат аноду анын кең иштөө температурасынын диапазону жана чоң заряд-разряд ылдамдыгы менен белгилүү. Конкреттүү техникалык ыкмалар боюнча так маалыматтар жок. Көргөзмөнүн кызматкерлери менен сүйлөшкөндө, анын тез заряды 10C жетиши мүмкүн жана өмүрүнүн узактыгы 20,000 XNUMX эсеге жетет деп айтылат.

Тез кубаттоо технологиясынын келечеги

Электр унааларын тез кубаттоо технологиясы тарыхый багытпы же кыска мөөнөттүү көрүнүшбү, чындыгында азыр ар кандай пикирлер айтылып, жыйынтык чыга элек. Пробег тынчсыздануусун чечүү үчүн альтернатива ыкмасы катары, ал батареянын энергия тыгыздыгы жана жалпы унаа наркы менен бир платформада каралат.

Энергия тыгыздыгы жана тез заряддоо көрсөткүчтөрү, бир эле батареяда, эки бири-бирине дал келбеген багыт деп айтууга болот жана бир эле учурда жетишүү мүмкүн эмес. Батареянын энергия тыгыздыгына умтулуу азыркы учурда негизги агым болуп саналат. Энергиянын тыгыздыгы жетишерлик жогору болгондо жана унаанын аккумуляторунун кубаттуулугу “диапазондун тынчсыздануусу” деп аталган нерсенин алдын алуу үчүн жетиштүү болгондо, батарейканын кубаттоо көрсөткүчүнө болгон суроо-талап азаят; ошол эле учурда аккумулятордун кубаттуулугу чоң болсо, бир киловатт-саат үчүн аккумулятордун баасы жетишерлик төмөн болбосо, анда бул зарылбы? “Тынчсызданбаган” үчүн жетиштүү болгон Дин Кемао электр энергиясын сатып алуу керектөөчүлөрдү тандоону талап кылат. Эгер бул жөнүндө ойлонсоңуз, тез кубаттоо баалуулугу бар. Дагы бир көз караш – бул, албетте, электрлештирүүнү илгерилетүү үчүн бүтүндөй коомдун чыгымдарынын бир бөлүгү болуп саналган тез кубаттоо объекттеринин баасы.

Тез кубаттоо технологиясын кеңири масштабда жайылтуу мүмкүнбү, энергиянын тыгыздыгы жана тез өнүккөн тез кубаттоо технологиясы жана чыгымдарды азайткан эки технология анын келечегинде чечүүчү ролду ойношу мүмкүн.