Ličio jonų baterijos vadinamos „supamosios kėdės tipo“ baterijomis. Įkrauti jonai juda tarp teigiamų ir neigiamų elektrodų, kad galėtų perduoti krūvį ir tiekti maitinimą išorinėms grandinėms arba įkrauti iš išorinio maitinimo šaltinio.

Konkretaus įkrovimo proceso metu išorinė įtampa patenka į du akumuliatoriaus polius, o ličio jonai ištraukiami iš teigiamo elektrodo medžiagos ir patenka į elektrolitą. Tuo pačiu metu elektronų perteklius praeina per teigiamos srovės kolektorių ir per išorinę grandinę pereina į neigiamą elektrodą; ličio jonai yra elektrolite. Jis juda nuo teigiamo elektrodo prie neigiamo elektrodo, eidamas per diafragmą į neigiamą elektrodą; SEI plėvelė, einanti per neigiamo elektrodo paviršių, yra įterpta į neigiamo elektrodo grafito sluoksniuotą struktūrą ir susijungia su elektronais.

Viso jonų ir elektronų veikimo metu akumuliatoriaus struktūra, kuri turi įtakos įkrovimo perkėlimui, nesvarbu, ar tai būtų elektrocheminė, ar fizinė, turės įtakos greitam įkrovimui.

Greito įkrovimo reikalavimai visoms akumuliatoriaus dalims

Kalbant apie baterijas, jei norite pagerinti energijos efektyvumą, turite sunkiai dirbti su visais akumuliatoriaus aspektais, įskaitant teigiamą elektrodą, neigiamą elektrodą, elektrolitą, separatorių ir konstrukcijos dizainą.

teigiamas elektrodas

Tiesą sakant, beveik visų rūšių katodinės medžiagos gali būti naudojamos greito įkrovimo baterijoms gaminti. Svarbios savybės, kurias reikia garantuoti, yra laidumas (sumažinti vidinį pasipriešinimą), difuzija (užtikrinti reakcijos kinetiką), ilgaamžiškumas (neaiškinkite) ir saugumas (neaiškinkite), tinkamas apdorojimo efektyvumas (specifinis paviršiaus plotas neturėtų būti per didelis). didelis, kad sumažintų pašalines reakcijas ir tarnautų saugumui).

Žinoma, kiekvienos konkrečios medžiagos problemos, kurias reikia išspręsti, gali būti skirtingos, tačiau mūsų įprastos katodinės medžiagos gali atitikti šiuos reikalavimus dėl optimizavimo, tačiau skirtingos medžiagos taip pat skiriasi:

A. Ličio geležies fosfatas gali būti labiau orientuotas į laidumo ir žemos temperatūros problemų sprendimą. Anglies dengimo atlikimas, saikinga nanoizacija (atkreipkite dėmesį, kad ji saikinga, tikrai nėra paprasta logika, kad kuo smulkesnė, tuo geriau), ir jonų laidininkų formavimas dalelių paviršiuje yra tipiškiausios strategijos.

B. Pati trinarė medžiaga turi santykinai gerą elektros laidumą, tačiau jos reaktyvumas yra per didelis, todėl trinarės medžiagos retai atlieka nano masto darbus (nanoizacija nėra panacėja kaip priešnuodis medžiagos eksploatacinių savybių gerinimui, ypač baterijų sritis Kinijoje kartais yra daug antinaudų), daugiau dėmesio skiriama saugai ir pašalinių reakcijų slopinimui (elektrolitu). Galų gale, dabartinis trijų komponentų naudojimo laikas priklauso nuo saugumo, o pastaruoju metu taip pat dažnai įvykdavo baterijų saugos avarijos. Iškelkite aukštesnius reikalavimus.

C. Ličio manganatas svarbesnis tarnavimo laiku. Taip pat rinkoje yra daug ličio manganato pagrindu pagamintų greito įkrovimo baterijų.

neigiamas elektrodas

Įkraunant ličio jonų akumuliatorių, ličio jonai migruoja į neigiamą elektrodą. Dėl pernelyg didelio potencialo, kurį sukelia greitas įkrovimas ir didelė srovė, neigiamas elektrodo potencialas bus neigiamas. Šiuo metu padidės neigiamo elektrodo slėgis greitai priimti litį ir padidės polinkis generuoti ličio dendritus. Todėl neigiamas elektrodas turi ne tik patenkinti ličio difuziją greito įkrovimo metu. Ličio jonų akumuliatoriaus kinetikos reikalavimai taip pat turi išspręsti saugos problemą, kurią sukelia padidėjusi ličio dendritų tendencija. Todėl svarbus greito įkrovimo šerdies techninis sunkumas yra ličio jonų įterpimas į neigiamą elektrodą.

A. Šiuo metu rinkoje dominuojanti neigiamų elektrodų medžiaga vis dar yra grafitas (sudaro apie 90 % rinkos dalies). Pagrindinė priežastis yra pigi, o visapusiškas grafito apdorojimo efektyvumas ir energijos tankis yra gana geri, o trūkumų yra palyginti nedaug. . Žinoma, yra ir problemų su grafito neigiamu elektrodu. Paviršius yra gana jautrus elektrolitui, o ličio interkaliacijos reakcija turi stiprią kryptį. Todėl svarbu stengtis pagerinti grafito paviršiaus struktūrinį stabilumą ir skatinti ličio jonų difuziją ant pagrindo. kryptis.

B. Kietosios anglies ir minkštosios anglies medžiagos pastaraisiais metais taip pat daug tobulėjo: kietosios anglies medžiagos turi didelį ličio įterpimo potencialą ir medžiagose turi mikroporų, todėl reakcijos kinetika yra gera; ir minkštos anglies medžiagos gerai suderinamos su elektrolitu, MCMB Medžiagos taip pat yra labai tipiškos, tačiau kietos ir minkštos anglies medžiagos paprastai yra mažo efektyvumo ir brangios (ir įsivaizduokite, kad grafitas yra toks pat pigus, bijau, kad taip nėra tikimasi pramonės požiūriu), todėl dabartinis suvartojimas yra daug mažesnis nei grafitas ir daugiau naudojamas kai kuriose srityse.

C. O kaip ličio titanatas? Trumpai tariant: ličio titanato privalumai yra didelis galios tankis, saugesnis ir akivaizdūs trūkumai. Energijos tankis yra labai mažas, o kaina didelė, skaičiuojant Wh. Todėl ličio titanato baterija yra naudinga technologija, turinti pranašumų konkrečiomis progomis, tačiau ji netinka daugeliui progų, kurioms reikia didelių sąnaudų ir kreiserinio nuotolio.

D. Silicio anodo medžiagos yra svarbi plėtros kryptis, o naujoji Panasonic 18650 baterija pradėjo komercinį tokių medžiagų procesą. Tačiau kaip pasiekti pusiausvyrą tarp nanometrų našumo siekimo ir bendrųjų su baterijų pramone susijusių medžiagų mikronų reikalavimų, vis dar yra sudėtingesnė užduotis.

Diafragma

Kalbant apie maitinimo tipo baterijas, didelės srovės veikimas kelia aukštesnius reikalavimus jų saugai ir eksploatavimo trukmei. Diafragmos dengimo technologijos negalima apeiti. Keramika padengtos membranos greitai išstumiamos dėl didelio saugumo ir gebėjimo sunaudoti elektrolito nešvarumus. Visų pirma, trijų dalių baterijų saugos gerinimo poveikis yra ypač reikšmingas.

Svarbiausia šiuo metu keraminėms diafragmoms naudojama sistema yra aliuminio oksido dalelių padengimas ant tradicinių diafragmų paviršiaus. Santykinai naujas metodas yra padengti kietus elektrolito pluoštus ant diafragmos. Tokios diafragmos turi mažesnį vidinį pasipriešinimą, o su pluoštu susijusių diafragmų mechaninis atramos poveikis yra geresnis. Puikus ir turi mažesnį polinkį blokuoti diafragmos poras priežiūros metu.

Po padengimo diafragma turi gerą stabilumą. Net jei temperatūra yra gana aukšta, susitraukti ir deformuotis bei sukelti trumpąjį jungimą nėra lengva. Jiangsu Qingtao Energy Co., Ltd., remiama Tsinghua universiteto Medžiagų ir medžiagų mokyklos Nan Cewen tyrimų grupės techninės paramos, šiuo atžvilgiu turi tam tikrą atstovą. Veikianti diafragma parodyta paveikslėlyje žemiau.

Elektrolitas

Elektrolitas turi didelę įtaką greitai įkraunamų ličio jonų akumuliatorių veikimui. Kad būtų užtikrintas akumuliatoriaus stabilumas ir saugumas greito įkrovimo ir didelės srovės metu, elektrolitas turi atitikti šias charakteristikas: A) nesuirti, B) didelio laidumo ir C) inertiškas teigiamoms ir neigiamoms medžiagoms. Reaguoti arba ištirpinti.

Jei norite atitikti šiuos reikalavimus, svarbiausia yra naudoti priedus ir funkcinius elektrolitus. Pavyzdžiui, trinarių greito įkrovimo baterijų saugumui tai turi didelę įtaką, į jas būtina dėti įvairių aukštą temperatūrą stabdančių, antipirenų ir perkrovimą stabdančių priedų, kad jų saugumas tam tikru mastu pagerintų. Seną ir sudėtingą ličio titanato baterijų problemą – aukštoje temperatūroje esantį vidurių pūtimą – taip pat turi išspręsti aukštos temperatūros funkcinis elektrolitas.

Akumuliatoriaus konstrukcijos dizainas

Tipiška optimizavimo strategija yra sukrautos VS apvijos tipas. Sukrauto akumuliatoriaus elektrodai yra lygiaverčiai lygiagrečiam ryšiui, o apvijos tipas – nuosekliai. Todėl pirmojo vidinė varža yra daug mažesnė ir ji labiau tinka galios tipui. proga.

Be to, siekiant išspręsti vidinio pasipriešinimo ir šilumos išsklaidymo problemas, galima dėti pastangas dėl skirtukų skaičiaus. Be to, galima apsvarstyti galimybę naudoti didelio laidumo elektrodų medžiagas, daugiau laidžių medžiagų ir padengti plonesnius elektrodus.

Trumpai tariant, veiksniai, turintys įtakos įkrovimo judėjimui akumuliatoriuje ir elektrodų skylių įdėjimo greičiui, turės įtakos greitam ličio jonų akumuliatorių įkrovimui.

Greito įkrovimo technologijų maršrutų, skirtų pagrindiniams gamintojams, apžvalga

Ningde era

Kalbant apie teigiamą elektrodą, CATL sukūrė „super elektroninio tinklo“ technologiją, dėl kurios ličio geležies fosfatas turi puikų elektroninį laidumą; neigiamo elektrodo grafito paviršiuje grafitui modifikuoti naudojama „greito jonų žiedo“ technologija, o modifikuotame grafite atsižvelgiama ir į itin greitą įkrovimą, ir į didelį. Atsižvelgiant į energijos tankio charakteristikas, neigiamas elektrodas nebeturi per daug gaminius greito įkrovimo metu, kad jis turėtų 4-5C greito įkrovimo pajėgumą, įgyvendindamas 10-15 minučių greitą įkrovimą ir įkrovimą, ir gali užtikrinti sistemos energijos tankį virš 70wh/kg, pasiekdamas 10,000 XNUMX ciklo tarnavimo laiką.

Kalbant apie šilumos valdymą, jo šilumos valdymo sistema visiškai atpažįsta fiksuotos cheminės sistemos „sveiko įkrovimo intervalą“ esant skirtingoms temperatūroms ir SOC, o tai labai padidina ličio jonų akumuliatorių veikimo temperatūrą.

Waterma

„Waterma“ pastaruoju metu nėra tokia gera, pakalbėkime tik apie technologijas. Waterma naudoja mažesnio dydžio ličio geležies fosfatą. Šiuo metu rinkoje įprasto ličio geležies fosfato dalelių dydis yra nuo 300 iki 600 nm, o Waterma naudoja tik 100–300 nm ličio geležies fosfatą, todėl ličio jonai turės Kuo greitesnis migracijos greitis, tuo didesnė srovė gali būti įkrautas ir iškrautas. Sistemoms, išskyrus baterijas, sustiprinkite šilumos valdymo sistemų dizainą ir sistemų saugą.

Mikro galia

Pirmosiomis dienomis Weihong Power kaip neigiamo elektrodo medžiagą pasirinko ličio titanatą + porėtą kompozicinę anglį su špinelio struktūra, kuri gali atlaikyti greitą įkrovimą ir didelę srovę; Siekiant užkirsti kelią didelės galios srovės grėsmei akumuliatoriaus saugai greito įkrovimo metu, „Weihong Power“ derinant nedeginantį elektrolitą, didelio poringumo ir didelio pralaidumo diafragmos technologiją ir STL išmaniąją šiluminio valdymo skysčio technologiją, ji gali užtikrinti akumuliatoriaus saugumą. kai akumuliatorius greitai įkraunamas.

2017 m. ji paskelbė apie naujos kartos didelio energijos tankio baterijas, kuriose naudojamos didelės talpos ir didelės galios ličio manganato katodinės medžiagos, kurių vienas energijos tankis yra 170 Wh/kg ir pasiekiamas 15 minučių greitas įkrovimas. Tikslas – atsižvelgti į gyvybės ir saugumo klausimus.

Zhuhai Yinlong

Ličio titanato anodas yra žinomas dėl plataus veikimo temperatūros diapazono ir didelio įkrovimo-iškrovimo greičio. Aiškių duomenų apie konkrečius techninius metodus nėra. Kalbantis su parodos darbuotojais, teigiama, kad jo greitas įkrovimas gali pasiekti 10C, o tarnavimo laikas – 20,000 XNUMX kartų.

Greito įkrovimo technologijos ateitis

Ar elektromobilių greitojo įkrovimo technologija yra istorinė kryptis, ar trumpalaikis reiškinys, tiesą sakant, dabar yra įvairių nuomonių ir išvados nėra. Kaip alternatyvus būdas įveikti nerimą dėl ridos, jis laikomas toje pačioje platformoje su akumuliatoriaus energijos tankiu ir bendra transporto priemonės kaina.

Galima sakyti, kad energijos tankis ir greitas įkrovimas toje pačioje baterijoje yra dvi nesuderinamos kryptys ir jų negalima pasiekti vienu metu. Šiuo metu pagrindinis dalykas yra baterijų energijos tankio siekimas. Kai energijos tankis yra pakankamai didelis, o transporto priemonės akumuliatoriaus talpa pakankamai didelė, kad būtų išvengta vadinamojo „atstumo nerimo“, akumuliatoriaus įkrovimo efektyvumo poreikis sumažės; tuo pačiu, jei akumuliatoriaus galia yra didelė, jei baterijos kaina už kilovatvalandę nėra pakankamai maža, ar tai būtina? „Ding Kemao“ pirkdamas elektros energiją, kurios pakanka „nerimstantiems“, vartotojai turi pasirinkti. Jei pagalvoji, greitas įkrovimas turi vertę. Kitas požiūris yra greito įkrovimo įrenginių kaina, kuri, žinoma, yra dalis visos visuomenės išlaidų elektrifikacijai skatinti.

Nesvarbu, ar greitojo įkrovimo technologiją galima populiarinti dideliu mastu, energijos tankio ir greito įkrovimo technologija, kuri greitai vystosi, ir dvi technologijas, kurios mažina išlaidas, gali turėti lemiamą vaidmenį ateityje.