Litija jonu akumulatorus sauc par “šūpuļkrēsla tipa baterijām”. Uzlādētie joni pārvietojas starp pozitīvo un negatīvo elektrodu, lai realizētu lādiņa pārnesi un piegādātu jaudu ārējām ķēdēm vai uzlādētu no ārēja barošanas avota.

Konkrētā uzlādes procesa laikā ārējais spriegums tiek pievadīts diviem akumulatora poliem, un litija joni tiek iegūti no pozitīvā elektroda materiāla un nonāk elektrolītā. Tajā pašā laikā liekie elektroni iziet cauri pozitīvās strāvas kolektoram un caur ārējo ķēdi pārvietojas uz negatīvo elektrodu; litija joni atrodas elektrolītā. Tas pārvietojas no pozitīvā elektroda uz negatīvo elektrodu, caur diafragmu iet uz negatīvo elektrodu; SEI plēve, kas iet cauri negatīvā elektroda virsmai, ir iestrādāta negatīvā elektroda grafīta slāņveida struktūrā un apvienojas ar elektroniem.

Visā jonu un elektronu darbības laikā akumulatora struktūra, kas ietekmē lādiņa pārnesi, neatkarīgi no tā, vai tā ir elektroķīmiska vai fiziska, ietekmēs ātrās uzlādes veiktspēju.

Ātrās uzlādes prasības visām akumulatora daļām

Attiecībā uz akumulatoriem, ja vēlaties uzlabot jaudas veiktspēju, jums ir smagi jāstrādā visos akumulatora aspektos, tostarp pozitīvajā elektrodā, negatīvajā elektrodā, elektrolītā, separatorā un konstrukcijas projektēšanā.

pozitīvs elektrods

Faktiski gandrīz visu veidu katoda materiālus var izmantot ātras uzlādes akumulatoru izgatavošanai. Svarīgās īpašības, kas jāgarantē, ietver vadītspēju (samazināt iekšējo pretestību), difūziju (nodrošina reakcijas kinētiku), kalpošanas laiku (neskaidrojiet) un drošību (neskaidrojiet), pareizu apstrādes veiktspēju (īpatnējais virsmas laukums nedrīkst būt pārāk liels). liels, lai samazinātu blakusparādības un nodrošinātu drošību).

Protams, katram konkrētajam materiālam risināmās problēmas var būt atšķirīgas, taču mūsu kopējie katoda materiāli var atbilst šīm prasībām, veicot virkni optimizāciju, taču dažādi materiāli arī ir atšķirīgi:

A. Litija dzelzs fosfāts var būt vairāk vērsts uz vadītspējas un zemas temperatūras problēmu risināšanu. Oglekļa pārklājuma veikšana, mērena nanoizācija (ņemiet vērā, ka tā ir mērena, tā noteikti nav vienkārša loģika, ka jo smalkāks, jo labāk), un jonu vadītāju veidošana uz daļiņu virsmas ir tipiskākā stratēģija.

B. Trīskāršajam materiālam pašam ir salīdzinoši laba elektrovadītspēja, taču tā reaģētspēja ir pārāk augsta, tāpēc trīskomponentu materiāli reti veic nanomēroga darbus (nanoizācija nav panacejai līdzīgs pretlīdzeklis materiāla veiktspējas uzlabošanai, jo īpaši akumulatoru joma Ķīnā dažkārt ir daudz pretlietojumu), un lielāka uzmanība tiek pievērsta drošībai un blakusreakciju nomākšanai (ar elektrolītu). Galu galā trīskāršo materiālu pašreizējais kalpošanas laiks ir drošībā, un arī nesenās avārijas ar akumulatoru drošību ir notikušas bieži. Izvirziet augstākas prasības.

C. Litija manganāts ir svarīgāks no kalpošanas laika. Tirgū ir arī daudz ātrās uzlādes bateriju, kuru pamatā ir litija manganāts.

negatīvais elektrods

Kad litija jonu akumulators ir uzlādēts, litijs migrē uz negatīvo elektrodu. Pārmērīgi augstais potenciāls, ko izraisa ātra uzlāde un liela strāva, negatīvā elektroda potenciālam būs negatīvāks. Šajā laikā palielināsies negatīvā elektroda spiediens, lai ātri uzņemtu litiju, un palielināsies tendence radīt litija dendrītus. Tāpēc negatīvajam elektrodam ne tikai jāapmierina litija difūzija ātras uzlādes laikā. Litija jonu akumulatora kinētikas prasībām jāatrisina arī drošības problēma, ko izraisa litija dendrītu pieaugošā tendence. Tāpēc svarīgas ātrās uzlādes kodola tehniskās grūtības ir litija jonu ievietošana negatīvajā elektrodā.

A. Šobrīd dominējošais negatīvo elektrodu materiāls tirgū joprojām ir grafīts (kas veido aptuveni 90% no tirgus daļas). Galvenais iemesls ir lēts, un grafīta visaptverošā apstrādes veiktspēja un enerģijas blīvums ir salīdzinoši labi, ar salīdzinoši maziem trūkumiem. . Protams, problēmas ir arī ar grafīta negatīvo elektrodu. Virsma ir relatīvi jutīga pret elektrolītu, un litija interkalācijas reakcijai ir spēcīga virzība. Tāpēc ir svarīgi smagi strādāt, lai uzlabotu grafīta virsmas strukturālo stabilitāti un veicinātu litija jonu difūziju uz pamatnes. virziens.

B. Cietā oglekļa un mīkstā oglekļa materiāliem ir arī liela attīstība pēdējos gados: cietajiem oglekļa materiāliem ir augsts litija ievietošanas potenciāls un tajos ir mikroporas, tāpēc reakcijas kinētika ir laba; un mīkstās oglekļa materiāliem ir laba saderība ar elektrolītu, MCMB Materiāli arī ir ļoti reprezentatīvi, bet cietajiem un mīkstajiem oglekļa materiāliem parasti ir zema efektivitāte un augstas izmaksas (un iedomājieties, ka grafīts ir tikpat lēts, baidos, ka tā nav cerīgs no rūpnieciskā viedokļa), tāpēc pašreizējais patēriņš ir daudz mazāks nekā grafīts un vairāk tiek izmantots dažās specialitātēs Uz akumulatora.

C. Kā ar litija titanātu? Īsi sakot: litija titanāta priekšrocības ir liels jaudas blīvums, drošāks un acīmredzami trūkumi. Enerģijas blīvums ir ļoti zems, un izmaksas ir augstas, ja aprēķina pēc Wh. Tāpēc litija titanāta akumulatora skatījums ir noderīga tehnoloģija ar priekšrocībām konkrētos gadījumos, taču tā nav piemērota daudziem gadījumiem, kad nepieciešamas augstas izmaksas un kreisēšanas diapazons.

D. Silīcija anoda materiāli ir svarīgs attīstības virziens, un Panasonic jaunais 18650 akumulators ir uzsācis šādu materiālu komerciālo procesu. Tomēr joprojām grūtāks uzdevums ir panākt līdzsvaru starp nanometru veiktspējas meklēšanu un vispārējām mikronu līmeņa prasībām ar akumulatoru nozari saistītiem materiāliem.

Diafragma

Attiecībā uz jaudas tipa akumulatoriem darbība ar lielu strāvu izvirza augstākas prasības to drošībai un kalpošanas laikam. Diafragmas pārklājuma tehnoloģiju nevar apiet. Keramikas pārklājuma diafragmas tiek strauji izstumtas, jo tām ir augsta drošība un spēja patērēt elektrolītā esošos piemaisījumus. Īpaši nozīmīga ir trīskāršo akumulatoru drošības uzlabošanas ietekme.

Vissvarīgākā sistēma, ko pašlaik izmanto keramikas diafragmām, ir alumīnija oksīda daļiņu pārklāšana uz tradicionālo diafragmu virsmas. Salīdzinoši jauna metode ir cieto elektrolīta šķiedru pārklāšana uz diafragmas. Šādām diafragmām ir zemāka iekšējā pretestība, un ar šķiedru saistīto diafragmu mehāniskā atbalsta efekts ir labāks. Lielisks, un tam ir mazāka tendence bloķēt diafragmas poras apkopes laikā.

Pēc pārklājuma diafragmai ir laba stabilitāte. Pat ja temperatūra ir salīdzinoši augsta, nav viegli sarauties un deformēties un izraisīt īssavienojumu. Uzņēmumam Jiangsu Qingtao Energy Co., Ltd., ko atbalsta Cinghua Universitātes Materiālu un materiālu skolas Nan Cewen pētniecības grupa, ir daži pārstāvji šajā ziņā. Darbojas, diafragma ir parādīta attēlā zemāk.

Elektrolīts

Elektrolītam ir liela ietekme uz ātri uzlādējamu litija jonu akumulatoru darbību. Lai nodrošinātu akumulatora stabilitāti un drošību pie ātras uzlādes un lielas strāvas, elektrolītam jāatbilst šādiem parametriem: A) nevar sadalīties, B) augsta vadītspēja un C) ir inerta pret pozitīvajiem un negatīvajiem materiāliem. Reaģēt vai izšķīdināt.

Ja vēlaties izpildīt šīs prasības, galvenais ir izmantot piedevas un funkcionālos elektrolītus. Piemēram, tas lielā mērā ietekmē trīskāršo ātrās uzlādes akumulatoru drošību, un, lai zināmā mērā uzlabotu to drošību, tiem ir jāpievieno dažādas pretaugstas temperatūras, liesmu slāpējošas un pret pārlādēšanas piedevas. Vecā un sarežģītā litija titanāta akumulatoru problēma, augstas temperatūras meteorisms, arī ir jāuzlabo ar augstas temperatūras funkcionālo elektrolītu.

Akumulatora konstrukcijas dizains

Tipiska optimizācijas stratēģija ir stacked VS tinuma veids. Saliktā akumulatora elektrodi ir līdzvērtīgi paralēlām attiecībām, un tinuma veids ir līdzvērtīgs virknes savienojumam. Tāpēc pirmā iekšējā pretestība ir daudz mazāka un tā ir vairāk piemērota jaudas veidam. gadījumā.

Turklāt var pielikt pūles attiecībā uz cilņu skaitu, lai atrisinātu iekšējās pretestības un siltuma izkliedes problēmas. Turklāt var apsvērt arī augstas vadītspējas elektrodu materiālu izmantošanu, vairāk vadošu līdzekļu izmantošanu un plānāku elektrodu pārklāšanu.

Īsāk sakot, faktori, kas ietekmē uzlādes kustību akumulatorā un elektrodu caurumu ievietošanas ātrumu, ietekmēs litija jonu akumulatoru ātrās uzlādes spēju.

Pārskats par ātrās uzlādes tehnoloģiju ceļiem galvenajiem ražotājiem

Ningdes laikmets

Attiecībā uz pozitīvo elektrodu CATL izstrādāja “super elektroniskā tīkla” tehnoloģiju, kas nodrošina litija dzelzs fosfātam izcilu elektronisko vadītspēju; uz negatīvā elektroda grafīta virsmas grafīta modificēšanai tiek izmantota “ātrā jonu gredzena” tehnoloģija, un modificētais grafīts ņem vērā gan īpaši ātru uzlādi, gan augstu. Pateicoties enerģijas blīvuma īpašībām, negatīvajam elektrodam vairs nav pārmērīgas produktus ātrās uzlādes laikā, lai tai būtu 4-5C ātrās uzlādes jauda, ​​realizējot 10-15 minūšu ātru uzlādi un uzlādi, un var nodrošināt sistēmas enerģijas blīvumu virs 70wh/kg, sasniedzot 10,000 XNUMX cikla mūžu.

Runājot par siltuma pārvaldību, tā siltuma pārvaldības sistēma pilnībā atpazīst fiksētās ķīmiskās sistēmas “veselīgo uzlādes intervālu” dažādās temperatūrās un SOC, kas ievērojami paplašina litija jonu akumulatoru darba temperatūru.

Waterma

Waterma pēdējā laikā nav tik laba, parunāsim tikai par tehnoloģijām. Waterma izmanto litija dzelzs fosfātu ar mazāku daļiņu izmēru. Pašlaik tirgū izplatītā litija dzelzs fosfāta daļiņu izmērs ir no 300 līdz 600 nm, savukārt Waterma izmanto tikai 100 līdz 300 nm litija dzelzs fosfātu, tāpēc litija joniem būs Jo ātrāks migrācijas ātrums, jo lielāka var būt strāva. uzlādēts un izlādēts. Sistēmām, kas nav akumulatori, pastipriniet siltuma pārvaldības sistēmu dizainu un sistēmu drošību.

Mikro jauda

Sākumā Weihong Power kā negatīvā elektroda materiālu izvēlējās litija titanātu + porainu kompozītmateriālu oglekli ar spinela struktūru, kas spēj izturēt ātru uzlādi un lielu strāvu; lai novērstu lielas jaudas strāvas draudus akumulatora drošībai ātras uzlādes laikā, Weihong Power apvienojot nedegošu elektrolītu, augstas porainības un augstas caurlaidības diafragmas tehnoloģiju un STL viedo siltuma kontroles šķidruma tehnoloģiju, tas var nodrošināt akumulatora drošību. kad akumulators ir ātri uzlādēts.

2017. gadā tā paziņoja par jaunas paaudzes augsta enerģijas blīvuma akumulatoriem, kuros tiek izmantoti lieljaudas un lieljaudas litija manganāta katoda materiāli ar vienu enerģijas blīvumu 170 wh/kg un nodrošina 15 minūšu ātru uzlādi. Mērķis ir ņemt vērā dzīvības un drošības jautājumus.

Zhuhai Yinlong

Litija titanāta anods ir pazīstams ar savu plašo darba temperatūras diapazonu un lielo uzlādes-izlādes ātrumu. Nav skaidru datu par konkrētajām tehniskajām metodēm. Runājot ar izstādes darbiniekiem, tiek teikts, ka tā ātrā uzlāde var sasniegt 10C un kalpošanas laiks ir 20,000 XNUMX reižu.

Ātrās uzlādes tehnoloģijas nākotne

Neatkarīgi no tā, vai elektromobiļu ātrās uzlādes tehnoloģija ir vēsturisks virziens vai īslaicīga parādība, patiesībā šobrīd ir dažādi viedokļi, un secinājumu nav. Kā alternatīva metode nobraukuma trauksmes risināšanai tiek uzskatīta par vienu un to pašu platformu ar akumulatora enerģijas blīvumu un kopējām transportlīdzekļa izmaksām.

Var teikt, ka enerģijas blīvums un ātras uzlādes veiktspēja vienā akumulatorā ir divi nesaderīgi virzieni, un tos nevar sasniegt vienlaikus. Akumulatora enerģijas blīvuma centieni pašlaik ir galvenais virziens. Ja enerģijas blīvums ir pietiekami augsts un transportlīdzekļa akumulatora ietilpība ir pietiekami liela, lai novērstu tā saukto “diapazona trauksmi”, pieprasījums pēc akumulatora uzlādes ātruma tiks samazināts; tajā pašā laikā, ja akumulatora jauda ir liela, ja akumulatora izmaksas par kilovatstundu nav pietiekami zemas, vai tas ir nepieciešams? Ding Kemao elektroenerģijas iegādei, kas ir pietiekama “neuztraucošajiem”, patērētājiem ir jāizdara izvēle. Ja tā padomā, ātrai uzlādei ir vērtība. Cits viedoklis ir ātrās uzlādes iekārtu izmaksas, kas, protams, ir daļa no visas sabiedrības izmaksām, lai veicinātu elektrifikāciju.

Neatkarīgi no tā, vai ātrās uzlādes tehnoloģiju var popularizēt plašā mērogā, enerģijas blīvuma un ātrās uzlādes tehnoloģijai, kas strauji attīstās, un abām tehnoloģijām, kas samazina izmaksas, var būt izšķiroša nozīme tās nākotnē.